В основі технології Ethernet лежить моноканал. Тобто. це мережа із селекцією інформації. Спочатку вся технологія була розроблена для локальних мереж, що об'єднують комп'ютери на відстані 10-100 м. технологія Ethernetдозволяє будувати комунікаційні підмережі, що зв'язують комп'ютери з відривом 40 км.

Ethernet ( ether– ефір, net- мережа). Звідки з'явилася ця назва? Технологія, яка була покладена в основу мереж Ethernet, спочатку розроблялася для мереж радіо.

Ранні мережі використовували для передачі саме фіксоване середовище передачі – коаксіальний кабель, кручений пару.

Коли говорять Ethernet, під цим зазвичай розуміють будь-який з варіантів цієї технології. У більш вузькому значенні, Ethernet - це мережевий стандарт, заснований на технологіях експериментальної мережі Ethernet Network, яку фірма Xerox розробила та реалізувала у 1975 році (ще до появи персонального комп'ютера). Метод доступу був випробуваний ще раніше: у другій половині 60-х років у радіомережі Гавайського університету використовувалися різні варіанти випадкового доступу до загального радіосередовища, що отримали загальну назву Aloha. У 1980 році фірми DEC, Intel та Xerox спільно розробили та опублікували стандарт Ethernet версії II для мережі, побудованої на основі коаксіального кабелю. Тому стандарт Ethernet іноді називають стандартом DIX за великими літерами назв фірм.

На основі стандарту Ethernet DIX, комітет IEEE 802 - Institute of Electrical and Electronics Engineers (Інститут інженерів з електротехніки та електроніки) та створив стандарт, який описує мережі – моноканали, що працюють за тим самим принципом, що й мережі Ethernet.

Є певні відмінності між стандартом IEEE 802 та вихідного описи Ethernet. Ці відмінності стосуються формату кадрів, деяких особливостей протоколів. Ці відмінності виникли через те, що асоціація DIX після створення початкового протоколу продовжувала роботу щодо покращення швидкостей передачі, підвищення надійності. У той же час розробники стандарту 802 слідували комерційним розробкам. У багатьох пунктах описи Ethernet та IEEE 802 збігаються. Тому, з невеликою поправкою, можна сказати, що це те саме.

Чому говорять про комплекс стандартів? Група 802 працювала не тільки для стандартів для моноканальних мереж типу Ethernet, але і для циклічних мереж, і зараз створює та розвиває стандарти для сучасних мереж. Зокрема 802.11 – WI-FI, 802.16 – WI-MAX. Наразі ведеться розробка нових стандартів.

Комплекс стандартів 802 описує 2 рівні: фізичний та канальний. Причому канальний розбитий на 2 рівні: нижній рівень 2a і верхній рівень 2b.

Рівень 2а – рівень керування доступом до середовища (Media Access Control (MAC)). У ньому описуються особливості доступу до мереж з конкретними видами середовища розповсюдження та різними видамидоступу.

Рівень 2b – рівень керування логічним каналом (Logical Link Control (LLC)). У ньому локалізовані функції, загальні всім мереж.

Як влаштовані та працюють мережі Ethernet?

Як ми вже говорили, це моноканал, який, однак, може бути по-різному реалізований.

Існує ціле сімейство специфікацій, що описують роботу мереж Ethernet у різних середовищах. Спочатку описувалися мережі Ethernet з урахуванням товстого коаксіального кабелю. До нього підключався спеціальний пристрій - трансівер (transmitter + receiver).

Трансівер – це частина мережевого адаптера, яка виконує такі функції:

1) прийом та передача даних з кабелю на кабель,

2) визначення колізій на кабелі,

3) електрична розв'язка між кабелем та іншою частиною адаптера,

4) захист кабелю від не коректної роботиадаптера.

Через це пристрій йдепідключення до мережного адаптера комп'ютера. Станції підключаються через певну фіксовану відстань. По обидва боки коаксіального кабелю встановлюються спеціальні заглушки – термінатори.

Ця схема досить довго була єдиною існуючою. Вона схема описується специфікацією 10Base-5 . Ця технологія була досить популярною, але й дорогою.

Мережа могла складатися з кількох таких сегментів – кількох моноканалів, що з'єднуються репітерами (підсилювачами), які приймаючи кадри з одного порту, посилювали сигнали та передавали їх далі.

Таким чином, 10Base-5 - коаксіальний кабель діаметром 0.5 дюйма, званий "товстим" коаксіалом. Має хвильовий опір 50 Ом. Максимальна довжина сегмента – 500 метрів (без повторювачів).

До переваг стандарту 10Base-5 відносяться:

1) хороша захищеність кабелю від зовнішніх впливів,

2) порівняно велика відстань між вузлами,

3) можливість простого переміщення робочої станції у межах довжини кабелю AUI.

До недоліків слід віднести:

1) високу вартістькабелю,

2) складність його прокладки через велику жорсткість,

3) наявність спеціального інструменту для закладення кабелю,

4) при пошкодженні кабелю або поганому з'єднанні відбувається зупинка роботи всієї мережі,

5) необхідно заздалегідь передбачити підведення кабелю до всіх можливих місць встановлення комп'ютерів

Наступний етап – створення мереж з урахуванням тонкого коаксіального кабелю. Тут функції трансівера були перенесені на мережеві адаптери, і підключення кабелю до комп'ютера відбувається за більш простою схемою.

Відповідна специфікація має назву 10Base-2 .

10Base-2 - коаксіальний кабель діаметром 0.25 дюйма, званий "тонким" коаксіалом. Має хвильовий опір 50 Ом. Максимальна довжина сегмента – 185 метрів (без повторювачів).

Таким чином, 10 у назві позначає бітову швидкість передачі даних цих стандартів – 10 Мб/с, а слово Base – скорочення від baseband – метод передачі на одній базовій частоті 10 МГц (на відміну від стандартів, які використовують кілька несучих частот, які називаються broadband – широкосмуговими).

Наступний етап розвитку – використання неекранованої кручений пари (UTP) та мережі на основі централізованої структури.

Розглянуті вище схеми мають досить низьку надійність. Достатньо статися розриву хоча б в одному місці, виходить з ладу вся мережа.

Hub працює також як і репітер. Якщо якась станція бажає передати інформацію якійсь із станцій, підключених Hub(у), вона формує кадр із зазначенням адреси одержувача, цей кадр передається по кручений парі в Hub. Кожна станція має окремий порт. кадр, Що Вступив в Hub, потім ретранслюється у всі інші порти. Тобто. логіка роботи залишається тією самою – моноканал – мережа із селекцією інформації.

Це рішення - стандарт 10Base-T .

Одна з версій пояснення літери T у назві говорить про те, що на початковому етапі створення мереж на базі кручений парі, в різних організаціях і офісах для підключення комп'ютера до одного Hub використовувалися існуючі телефонні лінії.

Мережі, побудовані на основі стандарту 10Base-T, мають порівняно з коаксіальними варіантами Ethernet"а багатьма перевагами. Ці переваги пов'язані з поділом загального фізичного кабелю на окремі кабельні відрізки, підключені до центрального комунікаційного пристрою. І хоча логічно ці відрізки як і раніше утворюють загальний домен колізій, їх фізичний поділ дозволяє контролювати їх стан та відключати у разі обриву, короткого замиканняабо несправності адаптера мережі на індивідуальній основі. Ця обставина суттєво полегшує експлуатацію великих мереж Ethernet, оскільки концентратор зазвичай автоматично виконує такі функції, повідомляючи при цьому адміністратора мережі про проблему.

Стандарт 10Base-F використовує як середовище передачі оптоволокно (fiber). Функціонально мережа стандарту 10Base-F складається з тих же елементів, що й мережа стандарту 10Base-T - мережевих адаптерів, багатопортового повторювача та відрізків кабелю, що з'єднують адаптер із портом повторювача. Як і при використанні кручений пари, для з'єднання адаптера з повторювачем використовується два оптоволокна - одне з'єднує вихід адаптера Tx з входом Rx повторювача, а інше - вхід адаптера Rx з виходом Tx повторювача.

Метод CSMA/CD (IEEE 802.3)

Carrier-Sense-Multiply-Access with Collision Detection

Множинний доступ із прослуховуванням несучої та виявленням колізій

Цей методописує логіку роботи моноканалів із селекцією.

Досить часто в описі цього методу присутні подібні блок-схеми.

Структурна схема алгоритму CSMA/CD (рівень MAC): під час передачі кадру станцією

Структурна схема алгоритму CSMA/CD (рівень MAC): прийом кадру станцією

Назва методу розшифровується як - Множинний доступ із прослуховуванням несучої та виявленням колізій.

Множинний доступ означає, що це станції, підключені до моноканалу, равноправны. Як відбувається керування передачею? Централізованого управління, якоїсь особливої ​​точки, з якої здійснювалося управління, немає. Функцію управління мережею розподілено по всіх станціях. Кожна станція реалізує свою частину загального алгоритму.

Допустимо, якась станція хоче передати кадр (frame). У ньому в заголовку вказані адреси одержувача та відправника, а в інформаційній частині зберігається пакет. Усередині інформаційної частини пакета зберігається повідомлення, в інформаційній частині якого, своєю чергою, зберігається, наприклад, запит http.

Чи може розпочатися передача? Чисто теоретично – може. З іншого боку може виникнути ситуація, коли канал зайнятий, тобто. якась інша станція вже проводить передачу. Тому станції, які бажають розпочати передачу, спочатку аналізують, вільний чи зайнятий канал. Тобто. виконують операцію "прослуховування несучої".Якщо пізнається несуча (carrier-sense, CS), то станція відкладає передачу свого кадру до закінчення чужої передачі, і лише потім намагається знову передати його.

Якщо канал вільний, то станція починає передачу. Решта станцій, які теж можуть передавати, прослуховують стан каналу. І як тільки вони виявляють, що пішла передача, вони починають прийом сигналу, що передається, з якого вони збирають 0 і 1. З 0 і 1 вже збирають або кадр повністю, або його заголовок і аналізують його. Кожна станція за заголовком визначає, чи їй призначений кадр. І та станція, яка дізнається власну адресу в заголовках кадру, записує його вміст у свій внутрішній буфер, обробляє отримані дані і надсилає кабелю кадр-відповідь. Адреса станції-джерела також включена у вихідний кадр, тому станція-одержувач знає, кому потрібно надіслати відповідь. Якщо кадр призначається не їй, то кадр або його заголовок (залежно від того, що вже було прийнято) стирається і подальший прийом неможливий.

Станція, яка здійснює передачу кадру, також здійснює його прийом та аналіз. Якщо прийнятий сигнал збігається з переданим, це говорить про те, що в каналі проходить той самий сигнал, який ця станція передає, і ніхто більше в цей процес не втручається, не відбувається жодних спотворень. Якщо це залишається вірним до закінчення передачі, вважається, що кадр передано.

Щоб коректно обробити колізію, всі станції одночасно спостерігають за сигналами, що виникають на кабелі. Якщо сигнали, що передаються і спостерігаються, відрізняються, то фіксується виявлення колізії (collision detection, CD). Для збільшення ймовірності негайного виявлення колізії всіма станціями мережі ситуація колізії посилюється посилкою в мережу станціями, що почали передачу своїх кадрів, спеціальної послідовності бітів, званої jam-послідовністю.

У різних джерелах зустрічається порівняння цього методу CSMA/CD з розмовою кількох людей темній кімнаті. Світла немає, ніхто не бачить один одного. Хтось один починає говорити, решта мовчать і слухають. Або раптом одночасно двоє починають говорити. Звичайно, вони починають перебивати один одного і замовкають.

Після виявлення колізії передавальна станція зобов'язана припинити передачу і чекати протягом короткого випадкового інтервалу часу, а потім знову може спробувати передачі кадру.

Теоретично може статися так, що вони будуть вичікувати один і той же час і знову почати одночасну передачу, викликаючи при цьому колізію. Для того, щоб звести до мінімуму ймовірність виникнення подібних ситуацій було запропоновано реалізувати алгоритм двійкової експоненційної затримки .

Після колізії час ділиться на дискретні інтервали – інтервали відстрочки(slot time) – це час, протягом якого станція гарантовано може дізнатися, що у мережі немає колізії. Це час тісно пов'язані з іншим важливим тимчасовим параметром мережі – вікном колізій (collision window). Вікно колізійодно часу дворазового проходження сигналу між найвіддаленішими вузлами мережі – найгіршому випадку затримки, коли він станція може виявити, що сталася колізія. Інтервал відстрочки вибирається рівним величині вікна колізій плюс деяка додаткова величина затримки для гарантії:

інтервал відстрочки = вікно колізій + додаткова затримка

Розмір інтервалу відстрочення в стандарті 802.3 визначено рівною 512 бітовим інтервалам або 51,2 мкс, і ця величина розрахована для максимальної довжини коаксіального кабелю в 2.5 км. Величина 512 визначає і мінімальну довжину кадру 64 байти, так як при кадрах меншої довжини станція може передати кадр і не встигнути помітити факт виникнення колізії через те, що спотворені колізією сигнали дійдуть до станції в найгіршому випадку після завершення передачі. Такий кадр буде просто втрачено.

Після першого зіткнення кожна станція чекає на 0 або 1 інтервал, перш ніж спробувати передавати знову. Якщо дві станції зіткнуться і виберуть одне й те саме псевдовипадкове число, вони зіткнуться знову. Після другого зіткнення кожна станція вибирає випадковим чином 0, 1, 2 або 3 інтервали з набору (2 2 інтервалів) і чекає знову. При третьому зіткненні (ймовірність такої події після подвійного зіткнення дорівнює 1/4) інтервали вибиратимуться в діапазоні від 0 до 2 3 – 1.

Час паузи після N-ої колізії належить рівним L інтервалам відстрочки, де L - випадкове ціле число, рівномірно розподілене в діапазоні . Розмір діапазону зростає лише до 10 спроби, а далі діапазон залишається рівним , тобто . Після 16 зіткнень поспіль контролер визнає свою поразку та повертає комп'ютеру помилку. Подальшим відновленнямзаймаються вищі рівні.

прийом

Граф станів переходів - Одна з варіацій блок-схем, що представляє метод CSMA/CD.

Після запуску системи вона перебуває у стані прослуховування. Допустимо, надійшов запит на передачу кадру. Станція перетворюється на стан очікування. Якщо канал зайнятий, це очікування може тривати досить довго, і може статися те що станція відразу перейде у стан передачі. Це залежить від того, чи зайняте середовище. Якщо передача відбувається успішно, немає колізій, то за командою «передача завершена» станція перетворюється на стан прослуховування. А якщо виникла колізія, то станція зі стану передачі перетворюється на стан затримки, де виконується розрахунок затримки. Після закінчення затримки, коли виникає подія «час затримки минув», станція знову переходить у стан очікування. Після закінчення прийому виникає подія «кадр прийнятий», яка переводить станцію у стан прослуховування. У разі колізії на прийомі станція теж перетворюється на стан прослуховування.

Днем народження Ethernet можна вважати 22 травня 1973, коли Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) і Девід Боггс (David Boggs) опублікували доповідну записку, в якій описувалася експериментальна мережа, побудована ними в Дослідницькому центрі фірми Xerox в Пало-Альто. При народженні мережа отримала ім'я Ethernet, базувалася на товстому коаксіальному кабелі та забезпечувала швидкість передачі даних 2,94 Мбіт/с. У грудні того ж року Меткалф опублікував докторську роботу "Packet Communication" ("Пакетний зв'язок"), а в липні 1976 р. Меткалф і Боггс випустили спільну працю "Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks" ("Ethernet: розподілена" пакетна комутаціядля локальних комп'ютерних мереж"). Таким чином, була створена теоретична база для подальшого розвитку технології. Ключовою фігурою в долі Ethernet стає Роберт Меткалф, який у 1979 р. для втілення своїх ідей у ​​життя створює власну компанію 3Com, одночасно починаючи працювати консультантом у Digital Equipment Corporation (DEC) У DEC Меткалф отримує завдання на розробку мережі, специфікації на яку не зачіпали б патентів Xerox Створюється спільний проект Digital, Intel і Xerox, відомий під назвою DIX Завданням консорціуму DIX був переклад Ethernet з лабораторно-експериментального стану в технологію для побудови нових систем, що працюють з чималою на той час швидкістю передачі даних 10 Мбіт / с. Таким чином, Ethernet перетворювався з розробки Xerox на відкриту і доступну всім технологію, що виявилося вирішальним у становленні його як світового мережевого стандарту. У лютому 1980 р. результати діяльності DIX були представлені в IEEE, де незабаром було сформовано групу 802 для роботи над проектом. Ethernet закріплював свої позиції як стандарт. Для успішного впровадження технології важливе значення зіграли подальші кроки "батьків" Ethernet щодо взаємодії з іншими виробниками чипів та апаратного забезпечення- Так, наприклад, група розробників Digital представила чіп Ethernet і вихідні текстийого програмного забезпечення компаніям Advanced Micro Devices (AMD) та Mostek. В результаті можливість виробляти сумісні чіпсети Ethernet отримали й інші компанії, що позначилося на якості заліза та зниження його вартості. У березні 1981 р. 3Com представила 10 Мбіт/с Ethernet-трансівер, а вересні 1982 р. - перший Ethernet-адаптер для ПК. Після виходу перших виробів, у червні 1983 р. IEEE затвердив стандарти Ethernet 802.3 та Ethernet 10Base5. Як середовище передачі передбачався "товстий" коаксіальний кабель, а кожен вузол мережі підключався за допомогою окремого трансівера. Така реалізація виявилася дорогою. Дешевою альтернативою із застосуванням менш дорогого та тоншого коаксіального кабелю, став 10Base2 або ThinNet. Станції вже не вимагали окремих трансіверів для підключення до кабелю. У такій конфігурації Ehternet розпочав переможну ходу просторами екс-СРСР. Головними його перевагами була простота розгортання та мінімальна кількість активного мережевого обладнання. Відразу ж визначились і недоліки. На час підключення нових станцій доводилося зупиняти роботу усієї мережі. Для виходу мережі з ладу було достатньо обриву кабелю одному місці, тому експлуатація кабельної системи вимагала від технічного персоналу проявів прикладного героїзму. Наступним кроком розвитку Ethernet стала розробка стандарту 10Base-T, що передбачав як середовище передачі неекрановану кручена пара (Unshielded Twisted Pair - UTP). В основу цього стандарту лягли розробки SynOptics Communications під загальною назвою LattisNet, що належать до 1985 р. У 10Base-T використовувалася топологія "зірка", в якій кожна станція з'єднувалася з центральним концентратором (hub). Такий варіант реалізації усував необхідність переривання роботи мережі на час підключення нових станцій та дозволяв локалізувати пошук обривів проводки до однієї лінії концентратор-станція. Виробники отримали можливість вбудовувати в концентратори засоби моніторингу та управління мережею. У вересні 1990 р. IEEE затверджує стандарт 10Base-T.

Тут вам не Англія – копати треба глибше!
Військова мудрість

Ethernet 10Base5

Специфікація Ethernet 10Base5 передбачає виконання таких умов:

• Середовище передачі - "товстий" близько 12 мм у діаметрі коаксіальний кабель (RG-8 або RG-11) хвильовим опором 50 Ом.
• Довжина кабелю між сусідніми станціями не менше ніж 2,5 м.
• Максимальна довжина сегмента мережі трохи більше 500 метрів.
• Загальна довжина всіх кабелів у сегментах трохи більше 2,500 метрів.
• Загальна кількість вузлів однією сегмент мережі трохи більше 100.
• Сегмент закінчується термінаторами, один із яких має бути заземлений.
• Відгалужувальні кабелі можуть бути як завгодно короткими, але відстань від трансівера до адаптера не більше 50 метрів.
• В ідеальному випадку відстань між сусідніми станціями має бути кратною 2,5 м. Деякі кабелі мають відповідне маркування через кожні 2,5 м для полегшення дотримання цієї умови.

Найбільшого поширення набуло підключення трансівера до кабелю за допомогою роз'ємів, що мають веселу назву "вампіри" (це через те, що при підключенні роз'єм проколює кабель до центральної жили). Підключення здійснюється без зупинки роботи мережі, на відміну від підключення через N-конектор. Кабелі в сегменті повинні братися з однієї котушки кабелю, що забезпечує однакові електричні параметри всіх відрізків, що підключаються.

У трансівері знаходиться активний приймач-передавач з детектором колізій та високовольтним (1-5 кВ) розділовим трансформатором, живлення забезпечується від AUI-порту адаптера.

Основні переваги 10Base5:велика довжина сегмента, хороша перешкодозахисність кабелю та висока напруга ізоляції трансівера. Завдяки цим якостям "товстий" Ethernet найчастіше застосовувався для прокладання базових сегментів (Backbone). Зараз цей стандарт практично повністю витіснений дешевшими та продуктивними реалізаціями Ethernet.

10Base2

Обмеження специфікації Ethernet 10Base2:

• Середовище передачі - "тонкий" (близько 6 мм діаметром) коаксіальний кабель (RG-58 різних модифікацій) з хвильовим опором 50 Ом.
• Довжина кабелю між сусідніми станціями не менше ніж 0,5 м.
• Максимальна довжина сегмента мережі трохи більше 185 метрів.
• Загальна довжина всіх кабелів у сегментах (з'єднаних через повторювачі) трохи більше 925 метрів.
• Загальна кількість вузлів однією сегмент мережі трохи більше 30 (включаючи повторители).
• Сегмент закінчується термінаторами, один із яких заземлюється.
• Відгалуження від сегмента неприпустимі.

Мережа Ethernet 10Base2 часто називають "тонкою Ethernet" або Thinnet через кабель, що застосовується. Це одна з найпростіших в установці та дешевих типів мереж. Топологія мережі – загальна шина. Кабель прокладається вздовж маршруту, де розміщені робочі станції, які підключаються до сегменту за допомогою Т-конекторів. Відрізки мережі, що з'єднують сусідні станції, підключаються до T-конекторів за допомогою BNC-роз'ємів. Для з'єднання двох відрізків кабелю застосовуються I-конектори. У мережі трохи більше 1024 станцій. Зараз 10base2 застосовується у "домашніх" мережах.

Правила побудови мереж, які використовують фізичну топологію "загальна шина".

У цьому випадку діє правило 5-4-3, тобто:

• не більше ніж 5 сегментів мережі
• можуть бути об'єднані не більше ніж чотирма повторювачами
• при цьому станції можуть бути підключені не більше ніж до 3 сегментів, інші 2 можуть бути використані для збільшення загальної довжини мережі.

10Base-T

Відповідає стандарту IEEE 802.3i, прийнятому 1991 р.
Обмеження специфікації Ethernet 10Base-T:

• Середовище передачі - неекранований кабель на основі кручений пари (UTP - Unshielded Twisted Pair) категорії 3 і вище. При цьому задіяні 2 пари - одна на прийом, друга на передачу.
• Фізична топологія "зірка".
• Довжина кабелю між станцією та концентратором не більше 100 м.
• Максимальний діаметр мережі трохи більше 500 метрів.
• Кількість станцій у мережі не більше 1024.

У мережі 10Base-Т термін "сегмент" застосовують до з'єднання станція-концентратор. Додаткові витрати в 10Base2, пов'язані з необхідністю наявності концентратора та великою кількістю кабелю, компенсуються більшою надійністю та зручністю експлуатації. Індикатори, присутні навіть на простих концентраторах, дозволяють швидко знайти несправний кабель. Керовані моделі концентраторів здатні здійснювати моніторинг та керування мережею. Сумісність кабельної системи із стандартами Fast Ethernetзбільшує пропускну здатність без зміни кабельних систем. Для закінчення кабелю застосовуються восьмиконтактні роз'єми та розетки RJ-45.

10Base-F

Середовище передачі даних стандарту 10Base-F – оптоволокно. У стандарті повторюється топологія та функціональні елементи 10Base-T: концентратор, до портів якого за допомогою кабелю підключаються мережні адаптери станцій. Для з'єднання адаптера з повторювачем використовується два оптоволокна - одне прийом, друге передачу.

Існує кілька різновидів 10Base-F. Першим стандартом для використання оптоволокна в мережах Ethernet був FOIRL(Fiber Optic Inter-Repeater Link). Обмеження довжини оптоволоконних ліній між повторювачами 1 км за загальної довжини мережі трохи більше 2,5 км. Максимальна кількість повторювачів – 4.

У стандарті 10Base-FL, призначеному для з'єднання станцій з концентратором, довжина сегмента оптоволокна до 2 км за загальної довжини мережі трохи більше 2,5 км. Максимальне число повторювачів також 4. Обмеження довжин кабелів дано багатомодового кабелю. Застосування одномодового кабелю дозволяє прокладати сегменти завдовжки до 20 км (!).

Існує також стандарт 10Base-FBпризначений для магістрального з'єднання повторювачів. Обмеження на довжину сегмента – 2 км при загальній довжині мережі 2,74 км. Кількість повторювачів - до 5. Характерною особливістю 10Base-FB є здатність повторювачів виявляти відмови основних портів і переходити на резервні за рахунок обміну спеціальними сигналами, що відрізняються від сигналів передачі даних.

Стандарти 10Base-FL та 10Base-FB не сумісні між собою. Дешевизна обладнання 10Base-FL дозволила йому випередити за поширеністю волоконно-оптичні мережі інших стандартів.

Закінчення оптоволоконних кабелів є значно складнішим завданням, ніж закінчення мідних кабелів. Необхідне точне поєднання осей світлопровідного матеріалу - волокон та конекторів. Типи конекторів переважно відрізняються один від одного розміром і формою напрямного обідка. Якщо найперших біконічних коннекторах використовувалися конічні обідки, нині використовуються конектори типу SC (square cross-section), мають квадрат квадратного перерізу. Для надійного закріплення конектора в гнізді в ранніх типах конекторів використовувалася байонетна (ST) або різьбова (SMA) фіксація. Зараз у конекторах SC використовується технологія "push-pull", що передбачає закріплення конектора в гнізді защіпкою. Конектори типу SC застосовуються у локальних мережах, а й у телекомунікаційних системах і мережах кабельного телебачення.

Окрема проблема – з'єднання оптичних волокон. Надійне та довговічне з'єднання досягається зварюванням волокон, що потребує спеціального обладнання та навичок.

Область застосування оптоволокна в мережах Ethernet - це магістральні канали, з'єднання між будинками, а також ті випадки, коли застосування мідних кабелів неможливе через великі відстані або сильні електромагнітні перешкоди на ділянці прокладання кабелю. На сьогоднішній день стандарт 10Base-F витісняється швидкіснішими стандартами Ethernet на оптоволоконному кабелі.

Правила побудови мереж, які використовують фізичну топологію "зірка"

Правило 5-4-3 можна інтерпретувати у разі наступним образом:

• каскадно можуть об'єднуватися не більше ніж 4 концентратори;
• "дерево" каскадованих концентраторів має бути побудовано таким чином, щоб між двома будь-якими станціями в мережі було не більше ніж 4 концентратори;

У змішаних мережах можуть бути винятки з цього правила - наприклад, якщо один з хабів підтримує не тільки кручена пара, але і оптоволоконний кабель, то допустима кількість концентраторів, що каскадуються, збільшується до 5.

Екзотика

10Broad36
Незвичайна технологія у сімействі Ethernet. Відрізняється способом передачі - широкосмугова ("broadband") замість вузькосмугової ("baseband"). У цьому випадку смуга пропускання кабелю поділяється на окремі частотні діапазони, які призначаються кожній службі. Як середовище передачі використовується коаксіальний кабель із хвильовим опором 75 Ом (звичайний телевізійний кабель). Причому 10 Broad36 "уживається" в одному кабелі з кабельним телебаченням.

Довжина сегмента мережі не більше 1800 метрів, а максимальна відстань між будь-якими двома станціями в мережі – 3600 м. Швидкість передачі 10 Мбіт/с. Підключення станцій здійснюється за допомогою трансіверів, що приєднуються до кабелю. Довжина кабелю AUI, що з'єднує трансівер зі станцією, не більше 50 м. Сегменти мережі 10Broad36 повинні термінуватися т.зв. "кінцевим головним" пристроєм, яке розташовується на кінці одиничного або докорінно множинних сегментів. З'єднання станцій у мережі здійснюється одним або двома кабелями. У першому випадку для прийому та передачі сигналів виділяються різні каналичастот. Передача станції надходить лише на "кінцевий головний" пристрій, який перетворює частоту, після чого передача приймається іншими станціями, підключеними до мережі. У другому випадку один із кабелів використовується для прийому, другий - для передачі. Сигнал досягає "кінцевого головного" пристрою, після чого проходить на інший кабель без зміни частоти та приймається будь-якою станцією в мережі. Повнодуплексний режимне підтримується. Технологія 10Broad36 не набула широкого поширення, ймовірно, через складність реалізації та високу вартість.

1Base5
Ця технологія відповідає стандарту IEEE 802.3e, затвердженому 1987 року. Також відомий під ім'ям StarLAN. Топологія - "зірка", обмеження на довжину сегмента - 400 м. Працює з крученою парою категорії 2 і вище. Швидкість передачі – 1 Мбіт/с. Згадується, в основному, як частина не менш екзотичної UltraNet або у порядку перерахування – "і таке, мовляв, буває:-)". В даний час шансів на застосування не має через малу пропускну здатність.

Швидше... ще швидше...
Після того, як стандарт 10Base-T став переважним, визначивши середовище передачі мереж - мідну кручену пару, розвиток технології пішло в напрямку збільшення швидкості передачі даних. Першою з технологій 100 Мбіт/с для локальних мереж була FDDI. За всіх переваг ця технологія була дорогою. Для здешевлення шляхом застосування кабелів на мідній кручений парі фірмою Crescendo була розроблена і запатентована схема кодування і скремблювання, що допускає повнодуплексну передачу "точка-точка" UTP для стандарту CDDI. Пізніше саме ці специфікації стали основою стандарту 100Base-T, що переважає сьогодні у новостворених мережах. 100Base-T відповідає стандарту IEEE 802.3u, Затвердженому 1995 року.

100Base-T має 2 різновиди реалізації - 100Base-TXі 100Base-T4. Розрізняються вони кількістю пар і категорією застосовуваного кабелю. 100Base-TX використовує 2 пари кабелю UTP категорії 5, 100Base-T4 використовує 4 пари кабелю категорії 3 або вище. Найбільшого поширення набув стандарт 100Base-TX, 100Base-T4 застосовується в основному в старих мережах, побудованих на UTP класу 3. Максимально допустима відстань від станції до концентратора 100 м, як і в 10Base-T , але у зв'язку зі зміною швидкості поширення сигналів мережі стандарту 100Base-T обмежено 200 м-коду.

100 Base-FX - реалізація Fast Ethernet з використанням як середовище передачі багатомодового оптоволоконного кабелю. Обмеження довжини сегмента – 412 метрів при використанні напівдуплексного режиму та 2 км – при використанні повнодуплексного.

...швидко, як тільки можливо
Прогрес – штука безупинна. 100 Мбіт/с - чимала швидкість передачі, але для магістральних каналів її може вистачити. У 1996 р. розпочалися роботи зі стандартизації мереж Ethernet зі швидкістю передачі даних 1000 Мбіт/с, які називають Gigabit Ethernet . Було створено Gigabit Ethernet Alliance, до якого увійшли 11 компаній: 3Com, Bay Networks, Cisco, Compaq, Granite Systems, Intel, LSI Logic, Packet Engines, Sun, UB Networks та VLSI Technology. До початку 1998 року до Альянсу входило вже понад 100 компаній. У червні 1998 р. приймається стандарт IEEE 802.3z, що використовує одномодові та багатомодові оптоволоконні кабелі, а також STP категорії 5 на короткі відстані (до 25 м). Настільки мала припустима відстань у разі застосування UTP обумовлювала сумнівну можливість практичного застосування такого варіанту. Положення змінилося з прийняттям у червні 1999 р. стандарту IEEE 802.3ab передачі 1000 Мбіт/с по неэкранированной кручений парі відстані до 100 м.

Специфікації Gigabit Ethernet:

1000Base-LX:трансівери на довгохвильовому лазері, одномодовий та багатомодовий оптоволоконний кабель, обмеження довжини сегмента 550 м для багатомодового та 3 км для одномодового кабелю. Деякі фірми пропонують обладнання, що дозволяє будувати сегменти із застосуванням одномодового кабелю набагато більшої довжини – десятки кілометрів.

1000Base-SX:трансівери на короткохвильовому лазері та багатомодовий оптичний кабель. Обмеження довжини сегмента 300 м для кабелю з діаметром оптичного провідника 62.5 мкм та 550 м для кабелю з діаметром провідника 50 мкм.

1000Base-CX:екранована кручена пара. Обмеження довжини сегмента – 25 м.

1000Base-T:неекранована кручена пара. Обмеження довжини сегмента – 100 м.

Оскільки стандарт на оптоволоконний Gigabit Ethernet вийшов роком раніше, на ринку переважає обладнання, розраховане на роботу з оптичним фізичним інтерфейсом. Застосовувати або не застосовувати Gigabit Ethernet - питання, яке зараз активно обговорюється. Нині деякі вітчизняні мережі потребують настільки високої пропускної спроможності. З урахуванням зниження цін, має сенс переходити на Gigabit Ethernet, коли всі інші можливості дійсно вичерпані, принаймні в існуючих мережах. Але "тримати в умі" можливість переходу на Gigabit Ethernet потрібно, тому придбання комутаторів, що дозволяють установку модулів з підтримкою цього стандарту, є розумним.

Чи є межа швидкості технології Ethernet? На початку 2000 р. 3Com, Cisco Systems, Extreme Networks, Intel, Nortel Networks, Sun Microsystems та Worldwide Packets заснували 10 Gigabit Alliance. Завдання Альянсу – сприяти роботі комітету IEEE у розробці стандарту 802.3ae (10 Gigabit Ethernet), який планується прийняти навесні 2002 р. Робоча група IEEE вже опублікувала попередню інформацію про обмеження на довжину сегмента мережі з пропускною спроможністю 10 Гбіт/с: до 100 багатомодового оптоволоконного кабелю, що використовується в даний час, і до 300 метрів для нового вдосконаленого багатомодового оптоволоконного кабелю. Існує кілька варіантів одномодового оптоволоконного кабелю: до 2 км для мережі групи будівель та 10 або 40 км для регіональної мережі.

Модель OSI
При детальному розгляді функціонування мереж часто згадується поняття рівнів взаємодії компонентів мережі. Як "лінійку" для визначення рівнів використовується модель OSI ( Open System Interconnect – взаємодія відкритих систем), розроблена як опис структури ідеальної мережевої архітектури. У моделі OSI сім рівнів взаємодії розглядають процес обміну інформацією між пристроями у мережі. Кожен із рівнів мережі щодо автономен і розглядається окремо. Модель OSI використовується визначення функцій кожного рівня.

1) Фізичний рівень визначає електротехнічні, механічні, процедурні та функціональні характеристикиактивації, підтримки та дезактивації фізичного каналу між кінцевими системами. Специфікації фізичного рівня визначають рівні напруги, синхронізацію зміни напруги, швидкість передачі фізичної інформації, максимальні відстані передачі інформації, вимоги до середовища передачі, фізичні з'єднувачі та інші аналогічні характеристики.

2) Канальний рівень (Data Link) забезпечує надійний транзит даних через канал. Виконуючи це завдання, канальний рівеньвирішує питання фізичної адресації, топології мережі, лінійної дисципліни (як кінцевій системі використовувати мережевий канал), повідомлення про несправності, упорядковану доставку блоків даних та управління потоком інформації. Зазвичай цей рівень розбивається на два підрівні: LLC (Logical Link Control) у верхній половині, що здійснює перевірку на помилки, та MAC (Media Access Control) у нижній половині, що відповідає за фізичну адресацію та прийом/передачу пакетів на фізичному рівні.

3) Мережевий рівень забезпечує з'єднання та вибір маршруту між двома кінцевими системами, підключеними до різних "підмереж", які можуть знаходитися в різних географічних пунктах. Мережевий рівень відповідає за вибір оптимального маршрутуміж станціями, які можуть бути розділені безліччю з'єднаних між собою підмереж.

4) Транспортний - найвищий із рівнів, відповідальних за транспортування даних. На цьому рівні забезпечується надійне транспортування даних через об'єднану мережу. Транспортний рівень забезпечує механізми для встановлення, підтримки та впорядкованого завершення дії віртуальних каналів, систем виявлення та усунення несправностей транспортування та керування інформаційним потоком.

5) Сеансовий рівень встановлює, керує та завершує сеанси взаємодії між прикладними завданнями. Сеанси складаються з діалогу між двома чи більше об'єктами уявлення. Сеансовий рівень синхронізує діалог між об'єктами представницького рівня та керує обміном інформацією між ними. На додаток до управління сеансами цей рівень надає засоби для надсилання інформації, класу послуг та сповіщення виняткових ситуаціяхпро проблеми сеансового та вищих рівнів.

6) Рівень подання відповідає за те, щоб інформація, що надсилається з прикладного рівня однієї системи, була читаною для прикладного рівня іншої системи. При необхідності представницький рівень здійснює трансляцію між множиною форматів подання інформації шляхом використання загального формату подання інформації. При необхідності трансформації піддаються як фактичні дані, а й структури даних, використовувані програмами. Типовим прикладом є перетворення закінчень рядків UNIX(CR) у форматі MS-DOS (CRLF).

7) Прикладний рівеньвідповідає за виконання завдань користувача. Він ідентифікує та встановлює наявність передбачуваних партнерів для зв'язку, синхронізує спільно працюючі прикладні програми, встановлює угоду щодо процедур усунення помилок та управління цілісністю інформації, а також визначає, чи достатньо ресурсів для передбачуваного зв'язку.

Дитячі хвороби Ethernet та боротьба з ними

Ethernet використовує "випадковий" метод доступу до мережі (CSMA/CD - carrier-sense multiple access/collision detection) - множинний доступ з виявленням несучої. У ньому відсутня послідовність, відповідно до якої станції можуть отримувати доступ до середовища здійснення передачі. У цьому сенсі доступом до середовища здійснюється випадковим чином. Перевага методу: алгоритми випадкового доступу реалізуються значно простіше проти алгоритмами детермінованого доступу. Отже, апаратні засоби можуть бути дешевшими. Тому Ethernet найпоширеніший проти іншими технологіями для локальних мереж. При завантаженні мережі вже на рівні 30% стають відчутними затримки під час роботи станцій із мережними ресурсами, а подальше збільшення навантаження викликає повідомлення про недоступність мережевих ресурсів. Причиною цього є колізії, що виникають між станціями, що почали передачу одночасно або майже одночасно. У разі колізії, передані дані не доходять до одержувачів, а передавальним станціям доводиться відновлювати передачу. У класичному Ethernet всі станції мережі утворювали домен колізій (collision domain). При цьому одночасна передача будь-якої пари станцій призводила до колізії.

Сегментація мережі
Основний спосіб боротьби з перевантаженням сегментів за часів переважання мереж стандарту 10Base2. Весь сегмент розбивався на частини. При цьому питання передачі між сегментами при необхідності вирішувалося за допомогою маршрутизації. Апаратні засоби особливої ​​популярності не користувалися. Зазвичай сервер з кількома адаптерами мережі встановлювався приблизно в центрі мережі і на ньому налаштовувався програмний маршрутизатор. Таким чином, крім ізоляції колізій в окремих сегментах можна було збільшити загальний розмір мережі до 185 + 185 = 370 м.

Комутація пакетів
Використовуючи топологію "зірка", стандарт 10Base-T фізично реалізує "згорнуту" або "колапсовану" загальну шину, тому проблема колізій актуальна і для нього. Вперше технологія комутації сегментів Ethernet була запропонована фірмою Kalpana у 1990 році. Комутують концентратори, або просто комутатори (switch), дозволили кожній станції використовувати середовище передачі без конкуренції з іншими за рахунок буферизації вхідних даних та передачі їх станції-одержувачу тільки тоді, коли його порт відкритий. Комутація фактично перетворює Ethernet із широкомовної системи з конкурентною боротьбою за смугу пропускання до системи адресної передачі. При цьому пари портів відправник-адресат динамічно утворюють незалежні віртуальні канали. Це збільшує пропускну здатність мережі порівняно із застосуванням концентраторів. Досить популярними є рішення, коли сервери підключаються до більш швидкісних портів комутатора, станції - менш швидкісних. У цьому випадку в ідеалі кожна станція має доступ до сервера з максимальною швидкістю, яку підтримує адаптер.

Оскільки обмеження діаметра мережі в класичній технології Ethernet пов'язані з необхідністю своєчасного виявлення колізій, застосування комутаторів дозволяє подолати ці обмеження, розбиваючи мережу кілька доменів колізій.

Передача пакетів від порту-джерела в порт-одержувач у комутаторі відбувається або "на льоту" (cut-though) або з повною буферизацією пакетів (store-and-forward). При використанні передачі "на льоту" передача порту-одержувачу починається ще до закінчення прийому пакета з порту-джерела, використовуючи адресу одержувача із заголовка пакета. Такий спосіб скорочує затримки передачі при невеликому завантаженні мережі, проте йому притаманні й недоліки - у цьому випадку неможлива попередня обробка пакетів, що дозволяє відкидати погані пакети без передачі одержувачу. При збільшенні завантаження мережі затримка при передачі "на льоту" практично дорівнює затримці при передачі з буферизацією, це пояснюється тим, що в цьому випадку вихідний порт часто буває зайнятий прийомом іншого пакета, тому пакет, що знову надійшов, для даного порту все одно доводиться буферизувати.

У багатьох комутаторах застосовується адаптивна технологія: режими буферизації та передачі "на льоту" застосовуються в залежності від величини навантаження мережі.

Технологія комутації дозволяє будувати мережі з великою кількістю станцій, причому частка широкомовного (broadcast) трафіку досягає істотних значень. При необхідності обмежити доступ станцій до мережевим ресурсам, використовується технологія віртуальних локальних мереж (VLAN). Віртуальну локальну мережу (ВЛС) утворює група вузлів мережі, трафік якої, зокрема і широкомовний, на канальному рівні повністю ізольований від вузлів, які входять до інших ВЛС. Передача кадрів між різними ВЛЗ на підставі адреси канального рівня неможлива, незалежно від типу адреси - унікальної, групової або широкомовної.

Довгий час стандарт на ВЛЗ був відсутній, водночас існувало безліч несумісних один з одним фірмових реалізацій. Наразі прийнято стандарт на ВЛС IEEE 802.1Q.

Для побудови ВЛС до прийняття стандарту IEEE 802.1Q зазвичай застосовувалося угруповання портів, або угруповання MAC-адрес. Рішення на основі угруповання портів простіше у застосуванні, але у разі з'єднання кількох комутаторів кожна ВЛЗ вимагає окремого з'єднанняміж ними, що призводить до марнотратного використання портів та кабелів. Угруповання на основі MAC адрес раціональніше використовує порти та з'єднання, але трудомістка при експлуатації. В якості переваг цих способів можна відзначити використання стандартних кадрів Ethernet. Стандарт IEEE 802.1Q передбачає зміну структури кадру Ethernet із введенням у нього додаткових полів, які містяться відомості про належність вузла до певної ВЛС. Крім того, додаються поля, де зберігається інформація про пріоритет кадру, яка використовується у стандарті IEEE 802.1p.

Для передачі між різними ВЛС необхідно залучення мережного рівня. Відповідні кошти можуть бути або окремим маршрутизатором, або входити до складу апаратно-програмного забезпечення комутатора. Комутатори, що мають засоби для роботи на рівні мережевих протоколів, називаються "маршрутизуючими комутаторами", "комутаторами третього рівня". Для управління потоками інформації у яких застосовується або послідовна, або потокова маршрутизація пакетів. У першому випадку реалізуються класичні функції маршрутизатора, кожен пакет обробляється окремо. У другому випадку використовується нестандартний метод, який застосовується для скорочення кількості операцій для визначення маршруту пакетів. Перший пакет обробляється третьому рівні і визначає порт призначення інших пакетів для того ж адресата. Подальше пересилання пакетів відбувається другому рівні, що прискорює процес передачі проти класичної маршрутизацією. Для спрощення реалізації в комутаторах третього рівня застосовується маршрутизація лише протоколів IP та IPX як найбільш поширених у локальних мережах.

Пріоритезація трафіку

Ще одна властивість Ethernet, що розглядається як недолік при необхідності передачі через мережу інформації, чутливої ​​до затримок, такий як голос і відео. Протоколи канального рівня Ethernet не підтримують поле пріоритету кадру, тому вирішення цієї проблеми виробники мережного устаткування почали вбудовувати в комутатори додаткові технологічні рішення. Наприклад, технологія фірми 3Com PACE (Priority Access Control Enabled - управління пріоритетами доступу), що дозволяє в одному каналі виділити два логічні підканали - з високим та низьким пріоритетами. І тут пріоритети приписуються портам комутатора і кадр міститься у чергу кадрів відповідного пріоритету залежно від цього, який порт він надійшов. PACE використовує стандартний форматкадрів для використання в одній мережі обладнання як за допомогою PACE, так і без неї.

Положення змінилося з ухваленням стандарту IEEE 802.1p: з'явилася можливість визначення восьми рівнів пріоритету кадру на основі використання нових полів, визначених у стандарті IEEE 802.1Q. Таким чином, управління пріоритетами організується гнучкіше, без прив'язки до певних портів.

Крім пріоритезації трафіку, чутливого до затримок часу, існує необхідність підвищення пріоритету портів комутатора по відношенню до портів кінцевих станцій для запобігання втраті пакетів. Для цього виробники використовують нестандартні параметри доступу до середовища портів комутатора. " Агресивна поведінкапорту при захопленні середовища проявляється після закінчення передачі чергового пакета або після виявлення колізії. У першому випадку після закінчення передачі комутатор витримує паузу менше покладеної за стандартом і починає передачу нового пакета. У другому випадку після виявлення колізії порт комутатора також робить меншу паузу стандартної, захоплює середовище і станції також не вдається почати передачу.Комутатор адаптивно змінює ступінь агресивності в міру необхідності.

Ще один прийом, який застосовується в комутаторах, заснований на передачі станції фіктивних пакетів станції в той час, коли в буфері комутатора немає пакетів передачі на порт станції. При цьому середовище передачі рівноймовірно захоплюється поперемінно портом комутатора і станцією, і інтенсивність передачі пакетів комутатор знижується в середньому вдвічі. Такий метод називається методом зворотного тиску (backpressure). Він комбінується із методом агресивного захоплення середовища для більшого придушення активності кінцевих станцій.

Ethernet - найпоширеніший міжнародний стандарт локальних мереж (кілька мільйонів мереж з цією технологією по всьому світу).

Розробкою стандартів локальних мереж займаються робочі групи IEEE (Institute of Elecrical and Electronics Engineers – Інститут інженерів електротехніки та електроніки) – міжнародна некомерційна асоціація фахівців у галузі техніки, світовий лідер у галузі розробки стандартів з радіоелектроніки та електротехніки. Ця громадська некомерційна асоціація професіоналів веде свою історію з 1884 року, об'єднує 380 000 індивідуальних членів зі 150 країн (25% членів проживають поза США).

Ethernet - це не один, а ціле сімейство стандартів, що мають різні користувацькі характеристики.

Якщо за основу порівняння цих стандартів взяти швидкість передачі даних та максимально можливу відстань між двома вузлами (діаметр мережі), то отримаємо таку порівняльну таблицю:

Спочатку розглянемо принцип побудови локальних мереж на основі історично першого варіанту Ethernet (10 Мбіт/с), який з'явився в кінці 70х років як стандарт трьох компаній Digital, Intel, Xerox.

Ця технологія, як і Fast Ethernet, Gigabit Ethernet заснована на понятті розподіленого середовища: кожен вузол отримує все, що передається по мережі; передачу виконує лише один вузол, решта чекають паузи для початку власної передачі.

В основі технології 10G Ethernet покладено інший принцип: інформація не розкидається по всій мережі, а цілеспрямовано проштовхується від вузла до вузла у напрямку до пункту призначення. За просування даних у такій мережі відповідають маршрутизатори. Вони визначають сусідній вузол, куди потрібно пересунути інформаційний пакет наближення його до пункту призначення. Такі мережі називаються мережами з комутацією пакетів.

Ethernet

На малюнку показано схему мережі Ethernet на коаксіальному кабелі. Сегмент кабелю на кінцях обладнаний термінаторами(Заглушками) для поглинання поширюваного сигналу (на малюнку термінатори намальовані чорними квадратиками).

Кабель за допомогою Т-подібного гнізда з'єднує між собою мережні адаптери комп'ютерів.

Принцип роботи

Будь-який учасник може надіслати в мережу повідомлення, але тільки тоді, коли в ній «тихо» немає іншої передачі.

Наприклад, вузол 2 (див. малюнок вище) слухає мережу, і стартує передачу, починаючи її адресами відправника та одержувача ("комп'ютер 2 передає повідомлення для комп'ютера 4").

Передача поширюється кабелем в обидві сторони (поглинаючись термінаторами на кінцях), і всі учасники чують її (зокрема сам відправник).

Всі, крім комп'ютера 4, ігнорують дані, що передаються, виявивши чужу адресу одержувача, а комп'ютер 4 приймає дані повністю.

Зрозуміло, що за такого способу передачі не можна допустити тривалого захоплення мережі одним вузлом. Якщо комп'ютер 2 задумає переслати комп'ютеру 4 великий файл, решта мережевих учасників не скоро матимуть можливість розпочати передачу.

З цієї причини повідомлення передаються розділеними на пакети(в технології Ethernet вони називаються кадрами). Довжина пакета лежить у діапазоні від 64 до 1518 байтів.

Передавши один пакет, вузол на деякий час перериває роботу, і якщо в мережі тихо відправляє наступний пакет. Але паузою може скористатися інший вузол та розпочати свій сеанс передачі. Таким чином, всі вузли поділяють одне середовище (кабель), маючи рівні можливості для посилки мережу інформаційних пакетів.

MAC-адреси

Вузли в мережі Ethernet адресуються за допомогою 6-байтового двійкового числа, званого MAC-адресою (Media Access Control - управління доступом до носія).

Зазвичай MAC-адресу записують у вигляді шести пар шістнадцяткових цифр, розділених тире або двокрапками, наприклад, 10:A1:17:3D:56:AF .

Про комп'ютерну арифметику розповідає теоретичний матеріал до заліків із номером 2 у другому та третьому уроках цієї книги.

Унікальна MAC-адреса "зашивається" в мережевий адаптер при його виготовленні. Він не може збігатися з будь-якою іншою MAC-адресою у світі і не може змінюватися під час експлуатації пристрою.

Розподілом MAC-адрес між виробниками обладнання займається міжнародна некомерційна організація IEEE (Institute of Elecrical and Electronics Engineers – Інститут інженерів електротехніки та електроніки).

MAC-адреса складається з 48 біт, таким чином адресний простір налічує 2 48 (або 281 474 976 710 656) адрес. Згідно з підрахунками IEEE, цього запасу адрес вистачить щонайменше до 2100 року.

Колізії

Комп'ютер 1 послухав мережу (вільна!) і почав передачу пакета:

Сигнал не встиг дійти до комп'ютера 5, коли той теж почав передачу, вирішивши, що мережа вільна:

Зрозуміло, що через деякий час у мережі накладеться сигнали. Така ситуація називається колізією.

Коли станція, що передає, виявить розбіжність переданого в мережу сигналу з отриманим з мережі, вона фіксує колізію і обриває передачу пакета згідно протоколу Ethernet.

І комп'ютер 1 і комп'ютер 5 обривають передачу, виявивши колізію.

Колізія в мережі Ethernet не є винятковою подією – це звичайна робоча ситуація.

Питання в тому, як довго чекати на вузл, щоб спробувати знову передати в мережу зіпсований колізією пакет? Якщо чекати фіксований проміжок часу, то колізія зі 100% ймовірністю з'явиться знову (комп'ютери 1 і 5 одночасно відновлять передачу, якщо одночасно перервали її через колізію).

У протоколі Ethernet пауза після виявлення колізії вибирається з інтервалу від 0 до 52,4 мс випадковимчином.

Як це не здасться дивним, саме випадковапауза після колізії забезпечує працездатність мережі Ethernet. Цей найпростіший механізм обробки колізій був запропонований у далеких 70 х роках і успішно працює досі!

Діаметр мережі

Що станеться, якщо кабель довгий, а маленький пакет?

Колізія може виникнути після того, як вузол завершить передачу пакета.

На малюнку показано саме таку ситуацію. Колізія відбувається, коли вузол 1 закінчив передачу пакета:

Така колізія називається пізніш. При пізній колізії пакет пропадає безповоротно (вузол 1 вважає, що передача пакета відбулася успішно та видаляє його зі своєї буферної пам'яті).

Для нормальної роботи мережі необхідно, щоб станція, що передає, могла виявити колізію до того, як закінчить передачу пакета в мережу. Така колізія називається ранній. При ранній колізії вузол передає зіпсований пакет знову після випадкової паузи.

Для запобігання пізнім колізіям доводиться обмежувати довжину кабелю величиною, при якій час передачі пакета найменшої довжини (64 байт) було б більше подвоєного часу проходження сигналу по всій довжині кабелю.

Чому береться подвійна довжина кабелю?

Нехай вузол 1, розташований одному кінці кабелю, почав передачу пакета. Передача повинна тривати весь час, за який перший переданий сигнал досягне вузла 5 на протилежному кінці кабелю і повернеться назад, спотворений колізією (адже може статися, що вузол 5 почне свою передачу за мить до приходу сигналу від вузла 1). Тобто необхідно враховувати проходження сигналу подвоєною довжиною кабелю.

Обмеження діаметра мережі Ethernet величиною 2 500 м якраз і ґрунтується на розрахунку такої довжини кабелю, при якій у мережі не могла б виникнути пізня колізія, навіть при передачі найкоротшого пакета між двома крайніми станціями. Стандарт називає величину 2500 м з хорошим запасом (більш ніж утричі).

При передачі сигналу кабелю виникає його ослаблення (загасання). Доводиться ділити кабель на сегменти та з'єднувати їх між собою повторювачами.

Повторювач (repeater) - це простий електронний пристрій (без будь-якого програмного забезпечення), який посилює сигнал при передачі його з одного сегмента кабелю в інший.

На малюнку показано мережу, у якій кабель складається з трьох сегментів, з'єднаних двома повторювачами:

Для різного типу кабелю стандарт визначає різні величини максимальної довжини сегмента:

Стандарти фізичного середовища

Залежно від типу кабелю, технологія Ethernet передбачає кілька варіантів стандарту, заснованих на властивостях фізичного середовища передачі даних.

• 10Base-5 - коаксіальний кабель діаметром 0,5 дюйма, званий "товстим".
• 10Base-2 - коаксіальний кабель діаметром 0,25 дюйма, званий "тонким".
• 10Base-T | неекранована кручена пара.
• 10Base-F волоконно-оптичний кабель.

Число 10 у зазначених позначеннях позначає бітову швидкість передачі в цих стандартах 10 Мбіт/с.

Стандарт 10Base-5

Як передавальне середовище використовується коаксіальний кабель діаметром 0,5 дюйма.

Кабель такий "товстий", що на відміну від стандарту 10Base-2 (з кабелем діаметра 0,25 дюйма), його складно приєднувати безпосередньо до мережного адаптера комп'ютера. Тому "товстий" коаксіал з'єднують з адаптером за допомогою трансівераі додаткового сполучного шнура на кручених парах (довжиною до 50 м).

Трансівер - це не просто механічний з'єднувач (як Т-подібний роз'єм для тонкого коаксіалу). Фактично, трансівер є частиною мережевого адаптера, винесеного прямо на кабель. З кабелем трансівер зазвичай з'єднується методом проколювання.

Мережі за цим стандартом будуються за топологією загальна шина, яку ілюструють усі наведені вище малюнки. Кабель ділиться на сегменти, завдовжки трохи більше 500 метрів. Сегменти поєднуються між собою повторювачами.

До одного сегменту допускається підключення трохи більше 100 станцій, причому підключення виконується у спеціально промаркованих точках кабелі (маркери розташовуються через кожні 2,5 м).

Стандарт дозволяє використовувати в мережі не більше 4 повторювачів і відповідно не більше 5 сегментів кабелю (виходить, що максимальний діаметр мережі 10Base-5 не перевищує 2500 м).

Тільки 3 сегменти із 5 можуть бути навантаженими (з підключеними робочими станціями). Між навантаженими сегментами мають бути ненавантажені. Максимальна конфігурація мережі 10Base-5 показана на малюнку:

Кажуть, що мережа Ethernet 10Base-5 будується за правилу 5 4 3: п'ять сегментів, чотири повторювачі, три навантажені сегменти.

Оскільки одне приєднання до кабелю в сегменті зайнято повторювачем, то робочих станцій залишається 99 кабельних маркерів. Таким чином, у такій мережі може працювати 99 х 3 = 297 комп'ютерів.

Стандарт 10Base-2

Як середовище, що передає, використовується коаксіальний кабель діаметром 0,25 дюйма, більш дешевий, але має гірші характеристики.

Топологія: загальна шина.

Нижче показано вигляд Т-подібного роз'єму. Він підключається до мережної карти та з'єднує фрагменти кабелю:

Як і раніше працює правило 5 4 3: п'ять сегментів, чотири повторювачі, три навантажених сегменти.

Нижче наводиться Порівняльна таблицястандартів, заснованих на "товстому" і "тонкому" коаксіальному кабелі.

Стандарт 10Base-T

Середовище передачі — дві неекрановані кручені пари, тобто 4 провідники, скручені попарно між собою. Одна пара працює на прийом, інша на передачу.

З'єднання вузлів топологічно виглядає як зірка, у центрі якої розташований хаб(hub, буквально - маточина колеса). Інші назви хаба: багатопортовий повторювач, концентратор.

Мережевий кабель приєднується до хаба за допомогою портів(З'єднувальних роз'ємів):

На малюнку показано мережу з хабом, у якого чотири порти. До кожного порту під'єднано мережний адаптер робочої станції.

Незважаючи на те, що фізичні з'єднання в зображеній мережі утворюють зірку, принципово вона не відрізняється від мережі із загальною шиною: хаб об'єднує комп'ютери загальним середовищем. Кажуть, що фізична топологія мережі – зірка, логічна – загальна шина.

Сигнал, отриманий з одного порту, транслюється на всі інші порти (крім порту, з якого він отриманий), та мережа працює за попереднім протоколом:

1. Якщо в мережі тиша, можна розпочати передачу пакета.
2. Якщо виявлено колізію, потрібно припинити передачу.
3. Через випадковупаузу необхідно повторити передачу зіпсованого пакета.

Стандарт визначає довжину сегмента (довжину кабелю від станції до хаба) трохи більше 100 метрів.

Мережа можна розширити, з'єднуючи хаби між собою (за допомогою тих самих портів) в деревоподібну структуру:

Але і в цій мережі, як і раніше, одне середовище, що розділяється, тобто логічно воно працює, як загальна шина за старим алгоритмом. Кажуть, що вся мережа є одна домен колізій(всі вузли цієї мережі конкурують за загальне середовище передачі).

Побудова мережі у вигляді дерева, листя якого – робочі станції (або сервера), а інші вузли – хаби, зручно на практиці.

Розрив мережі на окремій гілці не заважає роботі інших гілок дерева (на відміну від з'єднань по загальної шині) і, крім того, ієрархія з'єднань може повторювати ієрархію користувачів мережі або їх просторового становища.

На малюнку, розташованому нижче, наведено схему шкільної мережі Ethernet, у якій до кореневого шкільного хаба приєднані хаби трьох комп'ютерних класів і дві робочі станції — один комп'ютер у кабінеті директора, інший в учительській.

У стандарті 10Base-T працює правило 4 хабів: максимальна кількість хабів між будь-якими двома станціями мережі не повинна бути більшою за чотири (інакше мережа працювати не буде через пізні колізії).

Загальна кількість станцій в мережі 10Base-T не повинна перевищувати числа 1024. Ця кількість, прописана в стандарті, визначає граничне навантаження мережі, при якій вона ще функціонуватиме, незважаючи на велику кількість можливих колізій.

Нижче наведено приклад мережі, в якій ця кількість станцій може бути досягнута:

З правила 4 хабів слід, що у мережі 10Base-T між будь-якими двома станціями може бути понад 5 сегментів. Виходить, що максимальний діаметр такої мережі не перевищує 5х100 = 500 м.

Діаметр мережі може бути суттєво збільшений, якщо як сполучний пристрій використовувати не хаб, а комутатор. Інші назви цього пристрою: міст(bridge), перемикач(Switch).

Комутатор своїми портами розбиває мережу на кілька частин, у кожній з яких свій домен колізій.

Відбувається тому, що комутатор, на відміну хаба, не транслює отриманий пакет інші порти, якщо одержувач перебуває в тому самому порту, з якого отримано пакет.

Мережа 1 на малюнку побудована повністю на хабах. Пакет від вузла A для вузла B поширюватиметься хабами в усіх напрямках і досягне всіх вузлів цієї мережі. При цьому передача, розпочата будь-яким іншим вузлом (наприклад, C), може зіпсувати пакет A (колізія). Мережа 1 утворює один домен колізій.

У мережі 2 кореневий хаб замінено комутатором. Пакет від вузла A для вузла B не буде переданий комутатором на порт 2 і не може бути причиною колізії підмережі з хабом 2. Мережа 2 утворює два домени колізій.Правило 4 хабів працюватиме окремо для двох її частин. Виходить, що мережі з комутаторами можна будувати дуже великого діаметра, без загроз пізніх колізій та тривалого очікування паузи для початку передачі.

А що станеться, коли вузол A передає пакет для вузла C мережі з комутатором? Комутатор повинен передати цей пакет до порту 2. Він зробить це за алгоритмом роботи робочої станції. Тобто дочекається тиші у цій підмережі, потім розпочне передачу. Якщо якийсь вузол у підмережі 2 теж почне посилку, виникне колізія, але вона залишиться внутрішньою справою другого домену і не вийде за його межі.

Виникає питання: звідки комутатор знає, що вузол B підключено до порту 1 (і пакет до нього з порту 1 не треба транслювати на інші порти), а вузол C підключений до порту 2 (і пакет до нього з порту 1 треба транслювати на порт 2 )?

На відміну від хаба, комутатор володіє інтелектом (мікропроцесором з програмним забезпеченням), який дозволяє йому автоматично будувати таблицю відповідностей між вузлами та портами ( таблицю маршрутизації) та використовувати її при своїй роботі.

Розглянемо алгоритм роботи комутатора з прикладу мережі, зображеної малюнку:

У початковий момент (при включенні живлення) таблиця маршрутизації комутатора порожня.

Нехай, вузол A передає пакет для вузла B. Пакет містить як адресу одержувача, а й адресу відправника. Коли пакет приходить порт 1, комутатор робить у таблиці перший запис:

Тепер комутатор шукає в таблиці рядок для вузла B, щоб вирішити, що робити з пакетом: ігнорувати, якщо B розташований на тому порту, що і A, або транслювати пакет в порт, до якого підключений B.

Рядки з вузлом B у таблиці ще немає. Комутатор змушений працювати як хаб: він транслює пакет до невідомого адресата на всі порти, крім порту, з якого пакет отриманий, тобто на порти 2 і 3.

Нехай вузол F передає пакет для вузла A.

У таблиці з'являється новий рядок:

Комутатор знаходить у таблиці порт одержувача і передає пакет порт 1.

Таким чином, заповнюється таблиця маршрутизації, і комутатор, розпочавши як звичайний хаб, швидко навчається, підвищуючи свою кваліфікацію.

Ще більший інтелект має пристрій під назвою маршрутизатор(інша назва – роутер, від англійського слова router).

Цей пристрій дозволяє будувати мережі з комірчастою топологією та комутувати в ній пакети, вибираючи найбільш раціональні маршрути.

Стандарт 10Base-F

В якості єдиного середовища передачі використовується оптоволоконний кабель.

Мережа 10Base-F будується за тими самими правилами і з тих самих елементів, як і мережу 10Base-T.

Як і раніше, працює правило 4 хабів для одного домену колізій.

Максимальна довжина сегмента мережі 2000 м. Максимальний діаметр одного домену колізій 2500 м. Максимальна кількість робочих станцій в ньому 1024.

Fast Ethernet

Швидкість передачі даних у мережах, побудованих за цим стандартом 100 Мбіт/c.

Логіка роботи мереж Fast Ethernet та Ethernet абсолютно однакова. Всі відмінності лежать фізично побудови мережі.

У 10 разів збільшилася швидкість передачі сигналу, отже, в 10 разів повинен зменшитися максимальний діаметр одного сегмента, що розділяється (щоб уникнути в ньому пізніх колізій).

Ознакою вільного стану середовища Fast Ethernet є передача спеціального символ простою джерела(а не відсутність сигналу, як у стандарті класичної Ethernet).

Коаксіальний кабель виключено зі списку дозволених середовищ передачі. Стандарт Fast Ethernet встановив три специфікації:

• 100Base-TX - неекранована або екранована кручена пара (дві пари в кабелі).
• 100Base-T4 - неекранована кручена пара (чотири пари в кабелі).
• 100Base-FX волоконно-оптичний кабель (з двома волокнами).

Максимальні довжини для кабельних сегментів наводяться у таблиці:

(Напівдуплексний канал працює на передачу та прийом по черзі, а дуплексний | одночасно).

Правило 4 хабів для Fast Ethernet перетворюється на правило одного чи двох хабів (залежно від класу хаба).

100Base-TX

Середовище передачі 2 витих пари в одній загальній оболонці.

100Base-T4

Середовище передачі 4 витих пари в одній спільній оболонці.

Три пари використовуються для паралельної передачі сигналу зі швидкістю 33,3 Мбіт/с (всього виходить 100 Мбіт/с), четверта пара завжди "слухає" мережу на предмет виявлення колізій.

100Base-FX

Середовище передачі оптоволоконний кабель з двома волокнами.

Gigabit Ethernet

Швидкість передачі даних у мережах, побудованих за цим стандартом 1000 Мбіт/c.

Підтримуються кабелі, що використовуються у Fast Ethernet: волоконно-оптичний, кручена пара.

Для запобігання пізнім колізіям довжина сегмента кабелю повинна зменшитися в 10 разів у порівнянні зі стандартом Fast Ethernet, але це було б неприйнятно. Натомість у технології Gigabit Ethernet збільшено довжину. мінімального пакетуз 64 байтів до 512 байт і, крім того, дозволено передавати кілька пакетів поспіль (загальний розмір не більше 8192 байт). Звичайно, це збільшує очікування паузи для початку передачі, але на швидкості 1000 Мбіт/c ця затримка дуже істотна.

Для підтримки заявленої швидкості передачі, у технології Gigabit Ethernet застосовуються і деякі інші технічні рішення, але структура мережі залишається незмінною:

• дерево середовищ, що розділяються;
• для з'єднання вузлів в одному домені колізій використовують хаби;
• комутатори та маршрутизатори з'єднують домени колізій.

10G Ethernet

Швидкість передачі даних у мережах, побудованих за цим стандартом 10 000 Мбіт/c.

Технологія побудови мережі Ethernet 10G принципово відрізняється від інших Ethernet-технологій.

Мережі 10G Ethernet - це мережі з комутацією пакетів.

Якщо в мережах з роздільними середовищами пакет, переданий однією станцією, надходить на всі інші станції, то в мережах, що комутуються, пакет слід від передавальної станції до станції призначення за маршрутом, який уточнюється в міру просування пакета від одного маршрутизатора до іншого.

Мережа з середовищами, що розділяється, побудована тільки на хабах і комутаторах, повинна мати строго ієрархічну структуру: на схемі з'єднань не повинно бути циклів.

Мережа, наведена малюнку, має ієрархічну структуру. Між будь-якими двома вузлами існує рівно один шлях, наприклад, шлях від А до Б пролягає через вузли: А2 113355

На наступному малюнку показано мережу із циклом. Між вузлами А і Б тепер є два шляхи: А 2 1 3 5 5 і 5

Мережі з комутацією пакетів можуть мати комірчасту структуру, в якій між двома станціями може існувати два і більше варіантів проходження пакета.

Комірчасті мережі більш надійні: якщо один маршрут перестає працювати з технічних причин, для доставки пакета вибирається інший.

Мережі з комутацією пакетів мають більшу пропускну здатність порівняно з мережами на середовищах (пакети не транслюються на всі боки, а слідують суворо до пункту призначення; станції передають, не чекаючи тиші в мережі).

Як провідне середовище в мережах 10G Ethernet використовують оптоволоконний кабель і кабель з витими парами.

Довжина сегмента оптичного кабелю може досягати 40 км, а довжина сегмента кручений пари 100 м. Причина обмеження довжини кабелю тепер не в пізніх колізіях (при комутації пакетів колізій не буває), а в згасанні сигналу при його проходженні по кабелю.

Що таке Ethernet та як він працює?

Ethernet - на ньому заснована більшість мереж у наш час. Існує велика кількістьтехнологій, що дозволяють з'єднати комп'ютери до мережі. Кожна з них була розроблена в різний часта призначена для вирішення певної задачі.

Технологія Ethernet охоплює відразу два нижніх рівнямоделі OSI. Фізичний та канальний рівні. Далі говоритимемо лише про фізичному рівні моделі OSI, тобто. про те, як передаються біти даних між двома сусідніми пристроями.

В даний час для побудови локальних мереж використовують технологію FastEthernet, яка є новою реалізацією технології Ethernet.

Що таке Ethernet

Ця технологія була розроблена в 1970 р. дослідницьким центром в Пало-Альто, який належить корпорації Xerox, а в 1980 р. на її основі була прийнята специфікація IEЕЕ 802.3.

Основний принцип роботи, що використовується в цій технології, полягає в наступному. Щоб розпочати передачу даних у мережі, мережевий адаптер комп'ютера «прослуховує» мережу наявність будь-якого сигналу. Якщо його немає, то адаптер починає передачу даних, якщо сигнал є, то передача відкладається на певний інтервал часу. Час монопольного використання середовища, що розділяється, одним вузлом обмежується часом передачі одного кадру.

Кадрце одиниця даних, якими обмінюються комп'ютери у мережі Ethernet. Кадр має фіксований формат і поряд з полем даних містить різну службову інформацію, наприклад адресу одержувача та адресу відправника. Після того як адаптер відправника помістив кадр у мережу, його починають приймати всі адаптери мережі. Кожен адаптер проводить аналіз кадру, і якщо адреса збігається з власною адресою пристрою (МАС-адреса), кадр поміщається у внутрішній буфер мережного адаптера, якщо ж не збігається, то він ігнорується.

У тому випадку, якщо два або більше адаптери, прослухавши мережу, починають передавати дані, виникає колізія (collision). Адаптери, виявивши колізію, припиняють передачу даних, а потім повторно «прослухавши» мережу повторюють передачу даних через різні проміжки часу.

? ПРИМІТКА.Щоб отримати пакет даних, призначений для конкретного адаптера, він повинен приймати всі пакети, які з'являються в мережі.

Такий метод доступу до середовища передачі даних отримав назву CSMA/ CD(carrier-sense multiple access/collision detection) - множинний доступ з виявленням несучої.

Що таке Ethernet - колізії

Як випливає з вищесказаного, за великої кількості комп'ютерів у мережі. і при інтенсивному обміні інформацією дуже швидко зростає кількість колізій. як наслідок, пропускна спроможність мережі падає. Не виключено випадок, коли пропускна здатність може впасти до нуля. Але навіть у мережі де середнє навантаження не перевищує рекомендоване. Це 30-40% загальної смуги пропускання, швидкість передачі становить 70-80% від номінальної.

Проте нині цю проблему майже вирішили. Оскільки розробили пристрої, здатні розділяти потоки даних між тими комп'ютерами, котрим ці дані призначаються. Іншими словами, трафік між портами, підключеними до передавального та приймаючого мережних адаптерів, ізолюється від інших портів та адаптерів. Такі пристрої називаються комутаторами (switch).

Існують різні реалізації цієї технології - Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet. Наприклад, вони можуть забезпечувати швидкість передачі даних 10, 100 і 1000 Мбіт/с відповідно.

Стандарт IЕЕЕ 802.3 містить кілька специфікацій, що відрізняються топологією та типом використовуваного кабелю. Наприклад, 10 BASE-5 використовує товстий коаксіальний кабель. 10 BASE-2 – тонкий кабель. А 10 BASE-F, 10 BASE-FB, 10 BASE-FL та FOIRL використовують оптичний кабель. Найбільш популярна специфікація IEЕЕ 802.3 100BASE-TX. В якій для організації мережі використовується кабель на основі некручених кручених пар з роз'ємами RJ-45.

Реалізація мережі Ethernet

Наведені вище специфікації Ethernet можна описати так. Перше число в імені специфікації, вказує максимальну швидкістьпередачі даних. Наприклад, «10» позначає швидкість передачі сигналу 10 Мбіт/с. "Base", означає використання в стандарті Baseband-технології. B aseband- Це вузькосмугова передача. При такому способі передачі даних кабелю кожен біт даних кодується. Він кодується окремим електричним чи світловим імпульсом. При цьому весь кабель використовується як один канал зв'язку. Тобто. Одночасна передача двох сигналів неможлива.

Спочатку остання секція у назві специфікації призначалася для відображення максимальної довжини. Довжини кабельного сегмента за сотні метрів. Це без концентраторів та комутаторів. Однак для зручності та більш повного визначення суті стандарту все спростили. І тепер його назві цифри замінили літерами Т та F. Де Т позначає twistedpair— кручена пара, a F означає оптоволокно.

Таким чином, в даний час можна зустріти мережі, що базуються на наступних специфікаціях:

• 10Base-2 - 10 МГц Ethernet на коаксіальному кабелі з опором 50 Ом, baseband. 10Base-2 відомий як "тонкий Ethernet";
• 10Base-5 - 10MHzEthernetна стандартному (товстому) коаксіальному кабелі з опором 50 Ом, baseband;
• 10Base-T - 10MHz Ethernet по кабелю кручена пара;
• 100 Base-TX - 100MHz Ethernet по кабелю кручена пара.

Дуже суттєвою перевагою різних варіантів Ethernet є взаємна сумісність. Така, що дозволяє використовувати їх спільно в одній мережі. І часом навіть не змінюючи існуючу кабельну систему.

ПОВНОДУПЛЕКСНИЙ РЕЖИМ

Стандарт технології Fast Ethernet також включає рекомендації. Рекомендації щодо забезпечення можливості повно-дуплексної роботи (full— duplexmode) при підключенні мережного адаптера до комутатора. Або при безпосередньому з'єднанні комутаторів між собою.

Суть повно-дуплексного режиму полягає у можливості одночасної передачі та прийому даних по двох каналах. Тх (канал від передавача до приймача) і Rx (канал від приймача до передавача). І при цьому швидкість передачі зростає вдвічі та досягає 200 Мбіт/с.

На даний момент практично всі виробники мережного обладнання заявляють таке. Що їх пристрої забезпечують роботу у повнодуплексному режимі. Однак через різне тлумачення стандарту, зокрема способи керування потоком кадрів. Не завжди вдається досягти коректної роботи цих пристроїв. І так само добрих швидкісних показників.

Знайшли допомогу – підтримайте проект!

Зробити це легко:

Поділися посиланням з друзями у соц.мережах!

Вконтакте

Що такеEthernet

Ethernet – це найпоширеніша технологія організації локальних мереж. Стандарти Ethernet описують реалізацію двох перших рівнів моделі OSI – провідні з'єднання та електричні сигнали (фізичний рівень), а також формати блоків даних та протоколи керування доступом до мережі (канальний рівень). Почнемо з ідеї, що лежить в основі Ethernet. Назва Ethernet походить від двох англійських слів – ether (ефір) та net (мережа). Ethernet використовує концепцію загального ефіру. Кожен ПК надсилає дані у цей ефір і вказує, кому вони адресовані. Дані можуть дійти до всіх ПК мережі, але обробляє їх тільки ПК, якому вони призначені. Інші ПК чужі дані ігнорують. Така робота аналогічна ефіру радіостанцій. Усі радіостанції транслюють свої передачі у загальне електромагнітне поле – радіоефір. Ваш радіоприймач одержує електромагнітні сигнали всіх станцій. Але слухаєте ви не все одразу, а ту станцію, яка вам потрібна.

Історія Ethernet

Ethernet був розроблений у 70-х роках XX століття у Xerox PARC (Xerox Palo Alto Research Center) – науково-дослідному центрі Xerox. Може здатися несподіваним, що ведучу мережеву технологіюрозробила компанія з виробництва копіювальної техніки. Тим не менш, у Xerox PARC у 70-ті роки були розроблені: лазерний принтер, концепція ноутбука, графічний інтерфейс (1973, за 12 років до виходу Windows 1.0), принцип WYSIWYG і багато іншого. Проте керівництво Xerox виявляло інтерес лише до розробок у сфері друку/сканування/копіювання. Тому зараз багато винаходів Xerox PARC асоціюються із зовсім іншими іменами. Тож пам'ятаєте – винахід класної речі сам собою нічого не гарантує. Переконати інших у цьому, що вона класна, і запустити її ринку – щонайменше складні завдання.

Повернемося до мереж. На початку 80-х Ethernet проходить стандартизацію. З'являється група стандартів IEEE 802.3, що описує Ethernet і сьогодні. Тут знову треба зробити ліричний відступ і трохи поговорити про стандартизацію. Нині у світі є багато організацій, які приймають стандарти. Наприклад, наша Міждержавна рада зі стандартизації, метрології та сертифікації випускає державні стандарти (ГОСТи). Назва організації зазвичай відображається у назві стандарту. Так, згадану групу стандартів IEEE 802.3 розробив та прийняв IEEE – Інститут інженерів з електротехніки та електроніки (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Сили закону стандарти зараз не мають, чи застосовувати їх чи ні – особиста справа кожного. Але, якщо стандарт прийнятий авторитетною організацією (IEEE – дуже авторитетна організація), і його вже підтримали провідні виробники (за спиною перших стандартів Ethernet стояли DEC, Intel та Xerox), то краще за стандарт дотримуватися. Інакше обладнання буде несумісним із згаданими організаціями, і його ніхто не купить.

Стандарт, який розробили DEC, Intel та Xerox, реалізовував загальний ефір у прямому значенні слова. Усі комп'ютери мережі підключалися до загального коаксіального кабелю. Коаксіальний кабель (coaxial, від co - спільно і axis - вісь, тобто "співвісний") - це кабель з пари провідників - центрального дроту і навколишнього металевого циліндра - екрану. Проміжок між проводом та екраном заповнений ізоляцією, зовні кабель так само покритий ізолюючою оболонкою. Такий кабель використовується, наприклад, у телевізійних антенах.

У ранніх мережах Ethernet коаксіальний кабель був носієм загального електромагнітного ефіру. ПК підключалися до загального кабелю за допомогою спеціальних конекторів. Така структура з'єднання називається шинною, а загальний кабель називають «шина».

Кожен ПК відправляв у шину електричні сигнали, решта ПК їх отримували. Далі ПК мав визначити, кому реально цей сигнал адресований, і, відповідно, свої сигнали обробити, а чужі проігнорувати. Незважаючи на те, що Ethernet на коаксіальному кабелі вже давно не використовується, механізм адресації даних та концепція загального ефіру збереглися без змін.

MAC-адреси

Розглянемо докладніше, як на канальному рівні Ethernetдані із загального ефіру розподіляються за адресатами. Почнемо, власне, з адресації. На канальному рівні обмін даними йде між мережевими інтерфейсами (network interface), тобто тими компонентами обладнання, які фізично з'єднані з мережею. Як правило, один пристрій має один мережевий інтерфейс, тобто один фізична сполука. Однак бувають і пристрої з декількома інтерфейсами, наприклад, у ПК можна поставити кілька мережевих контролерів (NIC) і кожен під'єднати до мережі. Тому в загальному випадку не слід плутати пристрої та їх мережні інтерфейси.

Всі інтерфейси в межах мережі мають власні унікальні ідентифікатори – MAC-адреси (Media Access Control address, адреса керування доступом до носія даних). У мережах Ethernet використовуються 48-бітові MAC-адреси. Їх прийнято записувати у 16-річній формі, поділяючи байти знаком: або -. Наприклад, 00-18-F3-05-19-4F.

Як правило, виробник раз і назавжди записує MAC-адресу в обладнання при його виготовленні, і поміняти MAC-адресу не можна. Унікальність адрес досягається наступним чином. Перші 3 байти адреси позначають виробника пристрою та називаються унікальним ідентифікатором організації (Organizationally Unique Identifier, OUI). Призначаються вони довільно, їх видає IEEE. Будь-яка організація, яка вирішила виробляти мережеві інтерфейси, реєструється в IEEE та отримує свій ідентифікатор, унікальність якого гарантує IEEE. Список вже розданих ідентифікаторів можна переглянути на сайті IEEE. Останні 3 байти MAC-адреси виробник призначає сам і за їхньою унікальністю стежить теж сам. Таким чином, при дотриманні виробниками стандартів, у жодних двох мережевих інтерфейсів у світі MAC-адреси не збігаються. Ключове слово – за дотримання стандартів. Технічно можна виготовити інтерфейс з довільною MAC-адресою. Однак нічого хорошого це не приведе.

Як не важко здогадатися, MAC-адреси потрібні не власними силами. MAC-адреси дозволяють вказати, кому призначені дані, відправлені в загальний ефір. Реалізовано це в такий спосіб.

Дані ефір передаються не однорідним потоком, а блоками. Блоки ці на канальному рівні прийнято називати кадрами (frame). Кожен кадр складається зі службових та корисних даних. Службові дані – це заголовок, в якому вказані MAC-адреса відправника, MAC-адреса призначення, тип вищого протоколу тощо, а також контрольна сума наприкінці кадру. У середині кадру йдуть корисні дані – власне те, що передається Ethernet.

Контрольна сума дозволяє перевірити цілісність кадру. Суму рахує відправник та записує в кінець кадру. Одержувач знову рахує суму і порівнює її з тією, що записана в кадрі. Якщо суми збіглися, швидше за все, дані у кадрі під час передачі не пошкодилися. Якщо сума не збіглася, то дані точно пошкодилися. Зрозуміти за контрольною сумою, яку саме частину кадру пошкоджено, неможливо. Тому у разі розбіжності суми весь кадр вважається помилковим. Це приблизно якби ми щось, наприклад вугілля, перевозили аварійною залізниці. Спочатку ми завантажили б вугілля у вагони. Вагони мають власну вагу, марну для нас, але без вагонів залізницею переміщатися не можна. Кожен вагон або успішно повністю доїде до пункту призначення, або потрапить в аварію і не доїде. Не буває так, щоб піввагона доїхало, а піввагона залишилося на розбитих коліях.

Якщо кадр прийшов помилково, його необхідно передати заново. Чим більше розміркадру, тим більше даних доведеться передавати повторно за кожної помилки. Плюс, поки інтерфейс передає один великий кадр, решта кадрів змушена чекати в черзі. Тому передавати великі кадри не вигідно, і довгі потоки даних діляться на частини між кадрами. З іншого боку, робити кадри короткими також не вигідно. У коротких кадрах майже весь обсяг займатимуть службові дані, а корисних даних буде передано мало. Це не тільки для Ethernet, але й багатьох інших протоколів передачі. Тому для кожного стандарту існує свій оптимальний розміркадру, що залежить від швидкості та надійності мережі. Максимальний розміркорисною інформацією, що передається в одному блоці, називається MTU (maximum transmission unit). Для Ethernet він дорівнює 1500 байт. Тобто кожен Ethernet-кадр може нести трохи більше 1500 байт корисних даних.

MAC-адреси та кадри дозволяють розділити дані у загальному Ethernet-ефірі. Інтерфейс обробляє лише ті кадри, MAC-адреса призначення яких збігається з її власною MAC-адресою. Кадри, адресовані іншим одержувачам, інтерфейс має ігнорувати. Гідність такого підходу – простота реалізації. Але є й безліч недоліків. По-перше, проблеми безпеки. Будь-хто може прослухати всі дані, які транслюються в загальний ефір. По-друге, ефір можна заповнити на заваді. На практиці, одна збійна мережева карта, що постійно відсилає якісь кадри, може повісити всю мережу підприємства. По-третє, погана масштабованість. Чим більше комп'ютерів у мережі, тим менший шматочок ефіру їм дістається, тим менша ефективна пропускна спроможність мережі.

Концепція ефіру, MAC-адреси та Ethernet-кадри реалізують другий (канальний) рівень моделі OSI. Цей рівень не зазнав змін з часів перших стандартів Ethernet. Проте фізичний рівень мережі Ethernet змінився радикально.