Стандарты IEEE, определяющие Ethernet

Ethernet - самая популярная в настоящее время сетевая архитектура. Она использует узкоплосную передачу со скоростью 10 Мбит/с, топологию "шина", а для регулирования трафика в основном сегменте кабеля - CSMA/CD.

Среда (кабель) Ethernet является пассивной, т.е. получает питание от компьютера. Следовательно, она прекратит работу из-за физического повреждения или неправильного подключения терминатора.

Сеть Ethernet имеет следующие характеристики:

· традиционная топология - линейная шина

· другие топологии - звезда-шина

· тип передачи - узкополосная

· метод доступа - CSMA/CD

IEEE 802.3

· скорость передачи данных - 10 и 100 Мбит/с

· кабельная система - тонкий и толстый коаксиальный, UTP.

ФОРМАТ КАДРА

Ethernet разбивает данные на пакеты (кадры), формат которых отличается от формата пакетов, испльзуемого в других сетях. Кадры представляют собой блоки информации, передаваемые, как единое целое. Кадр Ethernet может иметь длину от 64 до 1518 байтов, но сам

аструктура кадра Ethernet использует по крайней мере 18 байтов, поэтому размер блока данных в Ethernet - от 46 до 1500 байтов. Каждый кадр содержит управляющую информацию и имеет общую с другими кадрами организацию.

Например, передаваемый по сети кадр Ethernet II используется для протокола TCP/IP. Кадр состоит из частей, которые перечислены в таблице.

Рис.6 Кадр данных Ethernet II

Поле кадра Описание

Преамбула Отмечает начало кадра

Местоназначение и источник Указывает адрес источника и адрес приемника

Тип Используется для идентификации протокола Сетевого уровня

Циклический избыточный код Поле информации для проверки ошибок

Сети Ethernet используют различные варианты кабелей и топологий. Далее будут представлены варианты, основанные на спецификации IEEE.

СТАНДАРТЫ IEEE на 10 Мбит/с

Здесь будут рассмотрены четыре топологии Ethernet со скоростью передачи данных 10 Мбит/с:

· 10BaseT

· 10Base2

· 10Base5

· 10BaseFL

BaseT

В 1990 году IEEE опубликовал спецификацию 802.3 для построения сети Ethernet на основе витой пары. 10BaseT(10 - скорость передачи в Мбит/с, Base - узкополосная, T - витая пара) - сеть Ethernet, которая для соединения компьютеров обычно использует неэкранированную витую пару (UTP). Тем не менее и экранированная витая пара (STP) также может применяться в топологии 10BaseT без изменения каких-либо ее параметров.

Большинство сетей этого типа строятся в виде звезды, но по системе передачи сигналов представляют собой шину, как и другие конфигурации Ethernet. Обычно концентратор сети 10BaseT выступает как многопортовый репитер и часто располагается в распределительной стойке здания. Каждый компьтер подключается к другому концу кабеля, соединенного с концентратором, и использует две пары проводов: одну - для приема, другую - для передачи.

Максимальная длина сегмента 10BaseT - 100 м. Минимальная длина кабеля - 2.5 м. ЛВС 10BaseT может обслуживать до 1024 компьютеров.

Рис.7 Для увеличения длины кабеля используется активный концентратор

На рисунке 8 показано, как сеть 10BaseТ реализует преимущества топологии «звезда». Кабель UTP обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с. Изменение конфигурации производится на коммутационных панелях – простым переключением шнура из одного гнезда в другое. Эти изменения не затрагивают другие сетевые устройства.

Рис.8 Коммутационные панели упрощают изменение в конфигурации сети.

10Base2

В соответствии со спецификацией IEEE 802.3 эта топология называется 10Base2[ 2- передача на расстояние, примерно в два раза превышающее 100м].

Сеть такого типа ориентирована на тонкий коаксиальный кабель, или тонкий Ethernet, с максимальной длиной сегмента 185 м. Минимальная длина кабеля 0.5 м. Кроме того, существует ограничение на максимальное количество компьютеров, которое может быть размещено на 185 - метровом сегменте кабеля, - 30 штук.

Компоненты кабеля "Тонкий Ethernet":

· BNC - баррел-коннекторы;

· BNC T - коннекторы;

· BNC - терминаторы.

Сети на тонком Ethernet обычно имеют топологию "шина". Стандарты IEEE для тонкого Ethernet не предусматриваютиспользования кабеля трансивера между Т-коннектором и компьютером. Вместо этого Т-коннектор располагают непосредственно на плате сетевого адаптера.

BNC баррел-коннектор, соединяя сегменты кабеля, позволяет увеличить его общую длину. Например, вам нужен кабель длиной 30 м, а у вас есть сегменты тонкого кабеля по 20 м и 5 м. Соедините двумя баррел-коннекторами эти сегменты, чтобы получить кабель нужной длины. Однако использование баррел-коннекторов желательно свести к минимуму, поскольку они ухудшают качество сигнала.

Сеть на тонком Ethernet - зкономичный способ реализации сетей для небольших отделений и рабочих групп. Используемый в такого типа сетях кабель:

· относительно недорогой

· прост в установке

· легко конфигурируется

По спецификации IEEE 802.3 сеть на тонком Ethernet может поддерживать до 30 узлов (компьютеров и репитеров) на один кабельный сегмент.

Правило 5-4-3

Сеть на тонком Ethernet может состоять максимум из 5 сегментов кабеля, соединенных 4 репитерами, но только к трем сегментам могут быть подключены рабочие станции. Таким образом, 2 сегмента остаются зарезевированными для репитеров, их называют межрепитерными связями. Такая конфигурация известна как правило 5-4-3.

На рисунке 9 вы видите пять магистральных сегментов, четыре репитера. К магистральным сегментам 1,2,5 подключены компьютеры. Магистральные сегменты 3,4 предназначены только для увеличения общей длины сети.

Посколько для сетей на тонком Ethernet ограничения слишком жесткие, большие предприятия, чтобы соединить сегменты и увеличить общую длину сети до 925 метров, используют репитеры.

Рис.9 Правило 5-4-3: 5 сегментов, 4 репитера, 3 сегмента для подключения станций

Base5

В соответствии со спецификацией IEEE эта топология называется 10Base5. Известно и другое ее название - стандартный Ethernet.

Сети на толстом коаксиальном кабеле (толстый Ethernet) обычно используют типологию "шина". Толстый Ethernet может поддерживать до 100 узлов на магистральный сегмент. Магистраль - главный кабель, к которому присоединяются трансиверы с подключенными к ним рабочими станциями и репитерами. Сегмент толстого Ethernet может иметь длину 500 м при общей длине сети 2500 м.

Расстояния и допуски для толстого Ethernet больше, чем для тонкого Ethernet.

Компоненты кабельной системы:

· Трансиверы

Трансиверы, обеспечивая связь между компьютером и главным кабелем ЛВС, совмещены с"зубом вампира", соединенным с кабелем.

· Кабели трансиверов.

Кабель трансивера (ответвляющийся кабель) соединяет трансивер с платой сетевого адаптера.

· DIX - коннектор, или АUI - коннектор.

Расположен на кабеле трансивера.

· Коннекторы N - серии (в том числе баррел - коннекторы) и терминаторы N - серии.

Компоненты толстого Ethernet работают также, как компоненты тонкого Ethernet

Рис.10 Тостый Ethernet с подключенным трансивером

Правило 5-4-3

Сеть на толстом Ethernet может состоять максимум из 5 магистральных сегментов, соединенных репитерами, но только к трем сегментам при этом могут быть подключены компьютеры. При вычислении общей длины кабеля "толстый Ethernet" длиныа кабелч трансивера не

учитывается, т.е. в расчет принимают только длину сегмента кабеля "толстый Ethernet".

Рис.11 Правило 5-4-3: 5 сегментов, 4 репитера, 3 сегмента для подключения компьютеров

Минимальное расстояние между соседними подключениями - 2.5 м. В это расстояние не входит длина кабеля кабеля трансивера. Толстый Ethernet был разработан для построения ЛВС в рамках большлгл отдела или всего здания.

Комбинирование толстого и тонкого Ethernet

Обычно в крупных сетях используют толстый и тонкий Ethernet. Толстый Ethernet хорошо подходит в качестве магистрали, а для ответвляющихся сегментов применяют тонкий Ethernet. Трансивер соединяется с кабелем "Толстый Ethernet", AUI - коннектор кабеля трансивера включается в репитер. Ответвляющиеся сегменты тонкого Ethernet соединяются с репитером, а к ним уже подключаются компьютеры.

10BaseFL

10BaseFL представляет собой сеть Ethernet, в которой компьютеры и репитеры соединены оптоволоконным кабелем.

Основная причина популярности 10BaseFL - возможность прокладывать кабель между репитерами на большие расстояниями (например, между зданиями). Максимальная длина сегмента 10BaseFL - 2000 м.

СТАНДАРТЫ IEEE на 100 Мбит/с

Новые стандарты Ethernet поэволяют преодолеть скорость передачи в 10 Мбит/с. Эти новые возможности разрабатываются для таких приложений, порождающих интенсивный трафик, как:

· CAD - (системы авоматического проектирования);

· CAM - (системы автоматического производства);

· видео;

· отображение и хранение документов.

· Известно 2 стандарта Ethernet, которые могут удоветворить возросшие требования:

· 100BaseVG-AnyLAN Ethernet;

· 100BaseX Ethernet (Fast Ethernet).

И Fast Ethernet и 100BaseVG - AnyLan работают примерно в пять-десять раз быстрее, чем стандартный Ethernet. Кроме того, они совместимы с существуюшей системой кабельной системой 10BaseT. Это означает, что перейти от нее к этим стандартам достаточно просто и быстро.

Контрольные вопросы

1) Что такое «проверка несущей»?

1.1 Станция, желающая передать сообщение выходит на связь только после обнаружения свободного состояния канала.

1.2 Станция, находящаяся в активном состоянии может в любой момент времени выйти на связь.

1.3 Если станция хочет передать сообщение, то она должна проверить: нет ли других станций, желающих также выйти на связь.

2) Что такое «обнаружение столкновения»?

2.1 Несколько станций получают ответ о простое шины и одновременно выходят на связь, затем обнаруживают, что произошло наложение сообщений.

2.2 Станция, выйдя на связь, обнаруживает, что канал уже ранее был занят другой станцией.

2.3 Несколько станций делая запрос о занятости канала, получают положительный ответ.

3) Расшифруйте аббревиатуру МДПН/ОС

3.1 схема многостанционного доступа с проверкой несущей и обнаружением столкновения.

3.2 схема малостанционного доступа с проверкой несущей и обнаружением столкновения.

3.3 схема многостанционного доступа с проверкой несущей и задействием операционной системы.

4) Что позволяет увеличить производительность канала по сравнению с чистой Алохой?

4.1 Возможность проверки несущей.

4.2 Возможность обнаружения столкновения.

4.3 Возможность одновременной проверки несущей и обнаружения столкновения.

5) Что подразумевает термин «р - настойчивость схемы»?

5.1 Станция, обнаружившая занятый канал, осуществляет передачу после того, как канал станет свободным, с вероятностью р.

5.2 Станция, обнаружившая занятый канал, может р раз осуществлять передачу после того, как канал станет свободным.

5.3 Станция, обнаружившая занятый канал, осуществляет передачу после того, как канал станет свободным через интервал времени, кратный р.

6) Что подразумевает термин «ненастойчивость схемы»?

6.1 Станция переносит передачу при обнаружении занятости канала на другое время в соответствии с предписанным распределением задержек передачи.

6.2 Станция, обнаружившая занятый канал, более не делает попыток занять канал.

6.3 Если в момент обращения станции канал был занят, то она обращается с сообщением сразу же после освобождения шины.

7) По какому правилу работает протокол в схеме Ethernet?

7.1 По правилу 1-настойчивости с добавлением возможности обнаружения столкновений.

7.2 По правилу 1- настойчивости.

7.3 По правилу ненастойчивости.

8) Что такое процедура двоичного замедления?

8.1 Удвоение случайного промежутка времени при повторной передаче сигнала в канал.

8.2 Если при обращении станция обнаружила занятость канала, она замедляет скорость своей работы в два раза.

8.3 Уменьшение вдвое вероятности повторной передачи сигнала в канал станции при обнаружении сталкновений.

9) Что такое виртуальное время передачи?

9.1 Время до успешного завершения передачи сообщения.

9.2 Это время t, требуемое для проверки завершения передачи.

9.3 Время, кратное 2t единицам для разрешения столкновений, если они обнаруживаются.

10) Какова эффективность схем типа МДПН/ОС по сравнению с Алохой?

10.1 Существенно выше.

10.2 Ниже.

10.3 Такая же.