Домены коллизий
Следует представлять себе принцип работы среды совместного использования, поскольку совместное использование создает возможность коллизий в сети.
Аналогичная ситуация может возникнуть у автомобиля на автотрассе. Если на дороге имеется только один автомобиль, то возможность столкновения, очевидно, исключена.
Однако если на той же полосе движения присутствуют другие автомобили, как показано на рис. 8.16, то происходит коллизия. Такая же ситуация возникает в сети.
Под коллизией (collision) понимается ситуация, в которой два бита одновременно
проходят по одной и той же сети. В небольшой и сравнительно медленной сети
можно создать систему, в которой отправка сообщений будет разрешена только двум
компьютерам поочередно. Проблема возникает в том случае, когда в крупной сети
имеется множество компьютеров, каждому из которых требуется регулярно передавать миллионы битов.
Домен коллизий представляет собой совокупность физических сегментов сети, в
которой могут произойти столкновения (т.е. одновременная передача) пакетов. Частые коллизии делают работу сети неэффективной. Каждый раз, когда происходит
коллизия, передача данных по сети на некоторое время прекращается. Такое время
бывает различным и для каждого сетевого устройства определяется специальным
алгоритмом; оно необходимо для того, чтобы можно было возобновить передачу
информации по разделяемой среде.
Кроме случая отдельной изолированной LAN!сети технологии Ethernet, границы
коллизионных доменов определяются устройствами, которые соединяют между собой сегменты сетевой среды передачи. Такие устройства могут быть классифицированы как устройства первого, второго и третьего уровней эталонной модели OSI.
Устройства первогого уровня не могут изолировать друг от друга домены коллизий, в
то время как устройства второго и третьего уровней способны это сделать.
Разбиение коллизионных доменов на несколько более мелких с помощью устройств
второго и третьего уровней называется сегментацией (segmentation).
Устройства первого уровня, такие, как повторители и концентраторы, выполняют
первичную функцию расширения кабельных сегментов сети Ethernet. При расширении сети возможно добавление новых станций. Однако при добавлении каждой новой
станции возрастает потенциально объем передаваемых по сети данных. Поскольку
устройства первого (физического) уровня передают далее все, что пересылается по
сетевой среде, то чем больше объем данных, передаваемых в коллизионном домене,
тем больше вероятность возникновения коллизии. Конечным результатом расширения сети становится понижение производительности сети, что проявляется особенно
остро в том случае, когда всем компьютерам сети требуется широкая полоса пропускания. Проще говоря, устройства первого уровня расширяют домены коллизий, как
показано на рис. 8.18, однако длина соединений сети LAN при этом может оказаться
слишком большой, что приведет к новым проблемам, связанным с коллизиями.
Так называемое правило четырех повторителей в сетях Ethernet утверждает, что
между любыми двумя компьютерами в сети не должно быть более четырех повторителей или концентраторов с функциями повторителя, как показано на рис. 8.19. Для
того чтобы сеть технологии 10BASET, в которой используются повторители, эффективно функционировала, суммарная задержка распространения сигнала в прямом и
обратном направлениях не должна превышать определенных пределов, в противном
случае не все рабочие станции смогут прослушивать коллизии, происходящие в сети.
Правило четырех повторителей основано на учете всех видов задержки: задержки
повторителя, задержки распространения и задержки в сетевом адаптере NIC. Нарушение этого правила может привести к тому, что будет превышен максимально
допустимый предел задержки. При его превышении резко возрастает количество запоздалых коллизий (late collisions). Коллизия называется запоздалой, если она происходит уже после передачи первых 64!х байтов фрейма. При возникновении запоздалых коллизий наборы микросхем в адаптере NIC не выполняют автоматически
повторную передачу. Такие фреймы коллизии увеличивают задержку, называемую
задержкой потребления (consumption delay). По мере возрастания задержки потребления и задержки распространения производительность работы сети падает. Эмпирическое правило работы сети Ethernet известно как правило 5-4-3-2-1. Оно подразумевает, что должны быть выполнены следующие условия:
- сеть, которая содержит повторители, максимум может содержать
- 5 сегментов сетевой среды передачи;
- 4 повторителя или концентратора;
- 3 сегмента сети, в которой могут быть рабочие станции;
- 2 сегмента сети являются соединительными (и не содержат рабочих станций);
- один крупный домен коллизий.
Академия Cisco проводит аторизированные тренинги, практикумы Cisco, компьютерные курсы Cisco Киев (курсы циско Киев, Cisco курсы Киев, курсы циско), курсы CCNA (CCNA курсы, курсы CCNA киев) — курсы Cisco (Cisco курсы), занимается подготовкой специалистов для реализации высокоинтеллектуальных проектов в области инфокоммуникационных технологий.
ICNDv3 #7 — Домены коллизии и Витая пара.
Домены коллизии (Collision domain) — это совокупность интерфейсов, среди которых единовременно передавать может только один участник (классический Ethernet — это один домен коллизии). Сколько у коммутатора портов — столько и доменов коллизий.
Домен широковещания (Broadcast Domain) — В каждом сетевом протоколе есть адресация (некое битовое обозначение клиентов).
- В протоколе PPP поле адрес — 1 байтовое
- В протоколе IPv4 поле адрес — 4 байтовое
- В протоколе IPv6 поле адрес — 16 байтовое
Среди этих адресов есть несколько логических групп.
- Индивидуальные адреса — те, которые выделяются конкретному узлу и его уникально идентифицируют. Эти адреса должны быть разными у всех участников сети. Для этого на заводе на сетевые карты прописывают уникальный MAC-адрес.
- Технологические адреса — например, широковещательный, он используется, если клиенту надо отправить информацию всем. По факту, это кратковременное прерывание работы всей сети.
Пример: У клиента адрес 192.168.1.2, и ему надо передать информацию клиенту с адресом 192.168.1.3, он предполагает, что раз адрес отправителя и получателя практически не отличается, то получатель где-то рядом. Как мы помним, передача идет по Ethernet сети, которая работает с MAC-адресами, а это значит, что от получателя надо узнать его MAC-адрес.
Для этой цели выполняется широковещательный запрос протоколом ARP (в сети IPv4) «Клиент, у которого IP 192.168.1.3, сообщите свой MAC-адрес клиенту с IP 192.168.1.2».
Или протоколом ICMPv6 (в сети IPv6): «Клиент, у которого IP fe80::19de:addd:6133:a1a2%11, сообщите свой MAC-адрес клиенту с IP fe80::c1d6:eecb:5adc:40fc%8».
Почему так? Опять возвращаемся к нашим баранам. Пока все клиенты сидели на общем проводе, они были вынуждены слушать чужой трафик. Сейчас же в качестве адреса получателя прописывается специальный широковещательный адрес (48 единиц подряд).
Немного истории
Снова немного вернемся к классическому Ethernet. Максимальная длина кабеля зависит от преамбулы, скорости работы сети и прочего. Пока скорость была 10 мегабит это все отлично работало, но когда Ethernet’у надо было расти по скоростям с 10 до 100 мегабит, наткнулись на проблемы. Если просто увеличить скорость работы в 10 раз, то биты начинают передаваться в 10 раз быстрее, нужно, чтобы та же схема с преамбулой, коллизиями сохранялась.
А тут варианта два:
1. Увеличить размер преамбулы в 10 раз.
2. Сократить длину кабеля в 10 раз. То есть не 100 метров, а 10 метров.
При этом, ни один из этих вариантов для решения низкой скорости не подходил. Как это решили в 100-мегабитном Ethernet? Подумали и увеличили размер кадра (полезных данных после преамбулы) до 64 байт. Теоретически, можно было было бы сделать кадр размером 512 байт и получить скорость 1 гигабит. Но есть нюансы.
Витая пара
Опять история. Когда изначально проектировали витую пару, планировали, что к одному рабочему месту будет идти один провод. Соответственно, чтобы обеспечить 10 мегабитную скорость требовалось всего 2 пары из 4. Другие 2 пары использовались под ISDN-телефон с возможностью удержания вызова (до эпохи IP-телефонии, это была аналоговая АТС).
Уже в то время началось разделение устройств на два типа:
1. Оконечные — те производят и потребляют трафик (компьютеры, сервера, принтеры).
2. Промежуточные — те, через которые идут подключения.
Прямой и Кроссовый кабель
Предполагалось, что в нормальной сети вы никогда не будете подключать устройства друг к другу напрмяую (а только через промежуточное).
В этом случае (подключение через промежуточное устройство) использовался «прямой провод», поскольку пары приема-передачи с одной стороны (компьютер) подключались ровно в такие же пары приема-передачи (свитч).
Если же надо было втыкать два однотипных устройства друг в друга (компьютер-компьютер), то получалось, что с другой стороны устройство не другого типа, а такого же. Следовательно, нужно было эти пары переключить. В результате получилась следующая фигня:
1. Для подключения однотипных устройств друг в друга нужны были провода «кроссоверные», в которых две пары (Tx/Rx) поменяны местами.
2. Для подключения однотипных устройств друг в друга нужны были провода «прямые».
Таким образом, приходилось держать 2 комплекта кабелей, что очень неудобно. Довольно быстро в устройствах появилась функция автоопределения (автопереворачивание пар) MDI/MDIX (Medium Dependent Interface with Crossover).
Домен коллизий. Широковещательный домен
Сегмент сети, имеющий общий канальный уровень (Data Link layer) , в котором передать фрейм может только один абонент одновременно.
Чем больше узлов в таком сегменте — тем выше вероятность коллизий. Для разделения домена коллизий применяются Коммутаторы.
Концентраторы и Повторители, а также Коммутаторы без поддержки виртуальных сетей или изоляции портов широковещательный домен не ограничивают, т. е. узлы, подключенные к портам этих устройств, находятся в одном широковещательном домене.
- Устройства первого уровня OSI (концентраторы, повторители только ретранслируют любой сигнал, поступающий из среды передачи, и продлевают домен коллизий.
- Устройства второго уровня OSI (мосты, коммутаторы), разделяютдомен коллизий.
Широковещательный домен
Каждый порт коммутатора представляет Широковещательный домен.
У концентратора все устройства подключенные находятся в одном широковещательном домене.
Каждый интерфейс маршрутизатора является так же широковещательным доменом.
Домен конфликтов — Collision domain
A Домен конфликтов — это сегмент сети, подключенный общим носителем или через повторители, где одновременные передачи данных конфликтуют друг с другом. Домен коллизий применяется, в частности, в беспроводных сетях, но также влияет на ранние версии Ethernet. Сетевая коллизия возникает, когда несколько устройств пытаются отправить пакет в сегменте сети одновременно. Члены домена коллизий могут быть вовлечены в коллизии друг с другом. Устройства за пределами домена коллизий не имеют коллизий с находящимися внутри.
Только одно устройство в домене коллизий может передавать одновременно, а другие устройства в домене слушают сеть и воздерживаются от передачи, в то время как другие уже передают, чтобы избежать коллизий. Поскольку только одно устройство может передавать одновременно, общая пропускная способность сети распределяется между всеми устройствами в домене конфликтов. Коллизии также снижают эффективность сети в области коллизий, поскольку коллизии требуют от устройств прерывания передачи и повторной передачи в более позднее время.
Поскольку биты данных распространяются с конечной скоростью, одновременно следует определять размер области конфликтов и минимальный разрешенный размер пакета. Меньший размер пакета или больший размер позволят отправителю завершить отправку пакета без того, чтобы первые биты сообщения смогли достичь наиболее удаленного узла. Таким образом, этот узел также может начать отправку, не зная, что передача уже происходит и уничтожает первый пакет. Если размер области коллизии не позволяет первоначальному отправителю принять вторую попытку передачи — коллизию — за время, необходимое для отправки пакета, он не сможет ни обнаружить коллизию, ни повторить передачу — это называется поздняя коллизия.
Содержание
- 1 Ethernet
- 2 Беспроводные сети
- 3 См. Также
- 4 Ссылки
- 5 Внешние ссылки
Ethernet
Вкл Ethernet использует совместно используемую среду, коллизии разрешаются с использованием множественного доступа с контролем несущей с обнаружением коллизий (CSMA / CD), при котором конкурирующие пакеты отбрасываются и повторно отправляются по одному. Это становится источником неэффективности сети.
Ранние варианты Ethernet (10BASE5, 10BASE2 ) были основаны на общем проводе и изначально полудуплексном режиме., представляющий один потенциально большой домен коллизии. Домены конфликтов также встречаются в среде концентратора Ethernet или повторителя, где каждый сегмент хоста подключается к концентратору, и все сегменты представляют только один домен конфликта в пределах одного домена широковещательной передачи . Домены коллизий также встречаются в других сетях с разделяемой средой, например. грамм. беспроводные сети, такие как Wi-Fi.
В современных проводных сетях используется сетевой коммутатор для уменьшения или устранения коллизий. При подключении каждого устройства напрямую к порту коммутатора, каждый порт коммутатора становится своим собственным доменом конфликтов (в случае полудуплексных каналов), либо возможность конфликтов полностью исключается в случае полного -дуплексные ссылки. Для Gigabit Ethernet и более быстрых концентраторов или повторителей не существует, и для всех устройств требуются полнодуплексные каналы.
Беспроводные сети
Проблема со скрытым узлом : устройства A, B и C находятся в одном домене коллизии. A и C обмениваются данными с B, но не знают друг друга.
Большинство беспроводных сетей LAN используют множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA / CA) метод. В дополнение к требованиям общей проводной среды в беспроводных сетях добавляется проблема скрытого узла, когда два отправителя не могут слышать передачи друг друга, но они вызывают конфликт на приемнике между ними. Множественный доступ с предотвращением конфликтов для беспроводной сети является одним из таких подходов, используемых, в частности, в 802.11 RTS / CTS. Центральная координация — еще одно средство решения этой проблемы для области коллизий. Этот метод используется Wireless Multimedia Extensions. Функция координации точек и функция распределенной координации являются конкретными реализациями.