Fizica Ethernetului pentru cei mici. Lățimea de bandă a rețelei Ethernet
Aceasta nu este Anglia - trebuie să sapi mai adânc!
Înțelepciunea militară
Ethernet 10Base5
Specificația Ethernet 10Base5 necesită următoarele condiții:
- Mediu de transmisie - cablu coaxial „gros” de aproximativ 12 mm în diametru (RG-8 sau RG-11) cu impedanța undei 50 ohmi.
- Lungimea cablului între stațiile adiacente este de cel puțin 2,5 m.
- Lungimea maximă a unui segment de rețea nu este mai mare de 500 de metri.
- Lungimea totală a tuturor cablurilor în segmente nu depășește 2.500 de metri.
- Numărul total de noduri per segment de rețea nu depășește 100.
- Segmentul se termină cu terminatoare, dintre care unul trebuie să fie împământat.
- Cablurile de ramificație pot fi atât de scurte cum se dorește, dar distanța de la transceiver la adaptor nu este mai mare de 50 de metri.
- În mod ideal, distanța dintre stațiile adiacente ar trebui să fie un multiplu de 2,5 m Unele cabluri sunt marcate corespunzător la fiecare 2,5 m pentru a facilita respectarea acestei condiții.
Transceiver-ul conține un transceiver activ cu un detector de coliziune și un transformator de izolare de înaltă tensiune (1-5 kV) este furnizat de la portul AUI al adaptorului.
Principalele avantaje ale 10Base5: lungime lungă a segmentului, imunitate bună la zgomot de cablu și tensiune mare de izolație a transceiver-ului. Datorită acestor calități, Ethernetul gros a fost cel mai des folosit pentru așezarea segmentelor de bază (Backbone). Acum, acest standard a fost aproape complet înlocuit de implementări Ethernet mai ieftine și mai productive.
10Baza 2
Limitări ale specificației Ethernet 10Base2:
- Mediul de transmisie este un cablu coaxial „subțire” (aproximativ 6 mm în diametru) (RG-58 cu diverse modificări) cu o impedanță caracteristică de 50 ohmi.
- Lungimea cablului dintre stațiile adiacente este de cel puțin 0,5 m.
- Lungimea maximă a unui segment de rețea nu depășește 185 de metri.
- Lungimea totală a tuturor cablurilor în segmente (conectate prin repetoare) nu depășește 925 de metri.
- Numărul total de noduri per segment de rețea nu este mai mare de 30 (inclusiv repetoare).
- Segmentul se termină cu terminatoare, dintre care unul este împământat.
- Ramurile dintr-un segment nu sunt permise.
Reguli pentru construirea de rețele folosind topologie fizică„autobuz comun”.
În acest caz, se aplică regula 5-4-3, adică:
- nu mai mult de 5 segmente de rețea
- poate fi combinat cu cel mult 4 repetoare
- în acest caz, stațiile pot fi conectate la cel mult 3 segmente, restul de 2 pot fi folosite pentru a mări lungimea totală a rețelei.
10 Baza-T
Respectă standardul IEEE 802.3i adoptat în 1991.
Limitări ale specificației Ethernet 10Base-T:
- Mediu de transmisie - cablu torsadat neecranat (UTP - Unshielded Twisted Pair) categoria 3 și superioară. În acest caz, se folosesc 2 perechi - una pentru recepție, a doua pentru transmisie.
- Topologie fizică „stea”.
- Lungimea cablului dintre stație și hub nu este mai mare de 100 m.
- Diametrul maxim al rețelei nu depășește 500 de metri.
- Numărul de stații din rețea nu depășește 1024.
10Baza-F
Mediul standard de transmisie a datelor 10Base-F este fibra optică. Standardul repetă topologia și elemente functionale 10Base-T: un hub la porturile cărora sunt conectate adaptoarele de rețea de stație folosind un cablu. Pentru a conecta adaptorul la repetor, se folosesc două fibre optice - una pentru recepție, cealaltă pentru transmisie. Există mai multe arome de 10Base-F. Primul standard pentru utilizarea fibrei optice în rețelele Ethernet a fost FOIRL(Legătură inter-repetă de fibră optică). Limitarea lungimii liniilor de fibră optică între repetoare este de 1 km, cu o lungime totală a rețelei de cel mult 2,5 km. Numărul maxim de repetoare este de 4.
Standard 10Baza-FL, destinat conectării stațiilor la un hub, lungimea segmentului de fibră optică este de până la 2 km cu o lungime totală a rețelei de cel mult 2,5 km. Numărul maxim de repetoare este, de asemenea, de 4. Restricțiile privind lungimea cablului sunt date pentru cablul multimod. Utilizarea cablului monomod vă permite să așezați segmente de până la 20 km lungime (!).
Există și un standard 10Baza-FB, proiectat pentru conectarea la coloana vertebrală a repetoarelor. Limita de lungime a segmentului este de 2 km, cu o lungime totală a rețelei de 2,74 km. Numărul de repetoare este de până la 5. O trăsătură caracteristică a 10Base-FB este capacitatea repetoarelor de a detecta defecțiunile portului principal și de a trece la cele de rezervă prin schimbul de semnale speciale care diferă de semnalele de transmisie a datelor.
Standardele 10Base-FL și 10Base-FB nu sunt compatibile între ele. Costul scăzut al echipamentelor 10Base-FL i-a permis să depășească rețelele de fibră optică de alte standarde în popularitate.
Terminarea cablurilor de fibră optică este o sarcină mult mai complexă decât terminarea cablurilor de cupru. Este necesar să se alinieze cu precizie axele materialului conducător de lumină - fibre și conectori. Tipurile de conectori diferă în principal unele de altele în dimensiunea și forma jantei de ghidare. Dacă primii conectori biconici foloseau jante conice, astăzi se folosesc conectori SC (square cross-section), care au o jantă pătrată. Pentru a fixa în siguranță conectorul în priză, primele tipuri de conectori foloseau fixare cu baionetă (ST) sau filetată (SMA). În prezent, conectorii SC folosesc tehnologia push-pull, care implică fixarea conectorului în priză. Conectorii de tip SC sunt utilizați nu numai în rețelele locale, ci și în sistemele de telecomunicații și rețelele de televiziune prin cablu.
O problemă separată este conectarea fibrelor optice. O conexiune fiabilă și durabilă se realizează prin sudarea fibrelor, care necesită echipamente și abilități speciale.
Domeniul de aplicare al fibrei optice în rețelele Ethernet îl reprezintă canalele de coloană vertebrală, conexiunile între clădiri, precum și acele cazuri în care utilizarea cablurilor de cupru este imposibilă din cauza distante lungi sau interferențe electromagnetice puternice în zona de pozare a cablurilor. Astăzi, standardul 10Base-F este înlocuit cu standarde Ethernet mai rapide pe cablul de fibră optică.
Reguli pentru construirea rețelelor folosind o topologie fizică în stea
Regula 5-4-3 poate fi interpretată în acest caz după cum urmează:
- nu pot fi conectate în cascadă mai mult de 4 hub-uri;
- „arborele” huburilor în cascadă trebuie construit astfel încât să nu existe mai mult de 4 hub-uri între oricare două stații din rețea;
Exotic
10Broad36
O tehnologie neobișnuită în familia Ethernet. Diferă prin metoda de transmisie - bandă largă („bandă largă”) în loc de bandă îngustă („bandă de bază”). În acest caz, lățimea de bandă a cablului este împărțită în benzi de frecvență separate care sunt alocate fiecărui serviciu. Mediul de transmisie este un cablu coaxial cu o impedanță caracteristică de 75 ohmi (regular cablu tv). Mai mult, 10Broad36 „coexistă” într-un singur cablu cu televiziunea prin cablu.
Lungimea segmentului de rețea nu depășește 1800 de metri, iar distanța maximă dintre oricare două stații din rețea este de 3600 m. Viteza de transmisie este de 10 Mbit/s. Stațiile sunt conectate folosind transceiver conectate la cablu. Lungimea cablului AUI care conectează transceiver-ul la stație nu este mai mare de 50 m. Segmentele rețelei 10Broad36 trebuie să fie terminate de așa-numita. dispozitiv „cap terminal”, care este situat la capătul unui singur sau la rădăcina mai multor segmente. Stațiile din rețea sunt conectate prin unul sau două cabluri. În primul caz, pentru primirea și transmiterea semnalelor, alocate diverse canale frecvență Transmisia stației este recepționată doar de dispozitivul „head end”, care convertește frecvența, după care transmisia este recepționată de alte stații conectate la rețea. În al doilea caz, unul dintre cabluri este folosit pentru recepție, al doilea pentru transmisie. Semnalul ajunge la dispozitivul „head-end”, după care trece la un alt cablu fără a modifica frecvența și este recepționat de orice stație din rețea. Modul duplex complet nu este acceptat. Tehnologia 10Broad36 nu este utilizată pe scară largă, probabil din cauza complexității implementării și a costului ridicat.
1Baza 5
Această tehnologie este conformă cu standardul IEEE 802.3e, aprobat în 1987. Cunoscut și ca StarLAN. Topologie - „stea”, limitare a lungimii segmentului - 400 m Funcționează cu pereche torsadată categoria 2 și mai mare. Viteza de transfer - 1 Mbit/s. Este menționat în principal ca parte a UltraNet, nu mai puțin exotic, sau în ordinea listării - „și asta, spun ei, se întâmplă :-)”. În prezent, nu există nicio șansă de aplicare din cauza debitului scăzut.
Mai repede... chiar mai repede...
După ce standardul 10Base-T a devenit dominant, definind mediul de transmisie pentru rețelele în curs de construcție - pereche răsucită de cupru, dezvoltarea tehnologiei s-a mutat în direcția creșterii vitezei de transfer de date. Prima dintre tehnologiile de 100 Mbit/s pentru rețelele locale a fost FDDI. În ciuda tuturor avantajelor sale, această tehnologie era costisitoare. Pentru a reduce costurile prin utilizarea cablurilor cu perechi răsucite din cupru, Crescendo a dezvoltat și patentat o schemă de codare și codificare care permite transmisia full-duplex punct la punct prin UTP pentru standardul CDDI. Mai târziu, aceste specificații au stat la baza standardului 100Base-T, predominând astăzi în rețelele nou create. 100Base-T este conform standardului IEEE 802.3u, aprobat în 1995.
100Base-T are 2 tipuri de implementare - 100Base-TXȘi 100Base-T4. Acestea diferă prin numărul de perechi folosite și categoria de cablu folosită. 100Base-TX folosește 2 perechi Cablu UTP Categoria 5, 100Base-T4 utilizează 4 perechi de cablu de Categoria 3 sau mai mare. Cel mai utilizat standard este 100Base-TX, 100Base-T4 este folosit în principal în rețelele mai vechi construite pe UTP clasa 3. Distanța maximă admisă de la stație la hub este de 100 m, ca în 10Base-T, dar din cauza modificărilor în viteza de propagare a semnalului, rețelele cu diametrul 100Base-T sunt limitate la 200 m.
100 Base-FX - implementarea Fast Ethernet folosind multimodul ca mediu de transmisie cablu de fibra optica. Limitarea lungimii segmentului este de 412 metri când se utilizează modul semi-duplex și de 2 km când se utilizează full-duplex.
...cât mai repede posibil
Progresul este un lucru non-stop. 100 Mbit/s este o viteză considerabilă de transfer de date, dar poate să nu fie suficientă pentru canalele trunk. În 1996, au început lucrările la standardizarea rețelelor Ethernet cu o rată de transfer de date de 1000 Mbit/s, care sunt numite Gigabit Ethernet. S-a format Gigabit Ethernet Alliance, care includea 11 companii: 3Com, Bay Networks, Cisco, Compaq, Granite Systems, Intel, LSI Logic, Packet Engines, Sun, UB Networks și VLSI Technology. Până la începutul anului 1998, Alianța includea deja peste 100 de companii. În iunie 1998, standardul a fost adoptat IEEE 802.3z, folosind cabluri de fibră optică monomod și multimod, precum și STP Categoria 5 pe distanțe scurte (până la 25 m). O distanță atât de mică permisă în cazul utilizării UTP a făcut să fie îndoielnic dacă aplicație practică această opțiune. Acest lucru s-a schimbat odată cu adoptarea standardului IEEE 802.3ab în iunie 1999 pentru transmisia de 1000 Mbps prin cablu cu pereche răsucită neecranată pe distanțe de până la 100 m.
Specificații Gigabit Ethernet:
1000Base-LX: transceiver laser cu undă lungă, cablu de fibră optică monomod și multimod, limite de lungime a segmentului de 550 m pentru multimod și 3 km pentru cablu monomod. Unele companii oferă echipamente care vă permit să construiți segmente folosind un cablu monomod de lungime mult mai mare - zeci de kilometri.
1000Base-SX: transceiver cu laser cu unde scurte și cablu optic multimod. Limitele de lungime a segmentului sunt de 300 m pentru un cablu cu un diametru al conductorului optic de 62,5 µm și 550 m pentru un cablu cu un diametru al conductorului de 50 µm.
1000Base-CX: pereche răsucită ecranată. Limita de lungime a segmentului este de 25 m.
1000Base-T: pereche răsucită neecranată. Limita de lungime a segmentului este de 100 m.
Deoarece standardul de fibră optică Gigabit Ethernet a apărut cu un an mai devreme, piața este dominată de echipamente proiectate să funcționeze cu o interfață fizică optică. Utilizarea sau nu Gigabit Ethernet este o problemă care este în prezent discutată activ. În zilele noastre, puține rețele interne necesită un astfel de debit mare. Cu prețurile în scădere, este logic să treceți la Gigabit Ethernet atunci când toate celelalte opțiuni au fost cu adevărat epuizate, cel puțin în rețelele existente. Dar trebuie să „ține cont” de posibilitatea de a trece la Gigabit Ethernet, așa că achiziționarea de comutatoare care să permită instalarea modulelor care acceptă acest standard pare rezonabilă.
Există o limită de viteză pentru tehnologia Ethernet? La începutul anului 2000, 3Com, Cisco Systems, Extreme Networks, Intel, Nortel Networks, Sun Microsystems și Worldwide Packets au fondat Alianța 10 Gigabit. Misiunea Alianței este de a ajuta comitetul IEEE în dezvoltarea standardului 802.3ae (10 Gigabit Ethernet), care este programat să fie adoptat în primăvara lui 2002. Grup de lucru IEEE a publicat deja informații preliminare despre restricțiile privind lungimea unui segment de rețea de 10 Gbps: până la 100 de metri pentru cablul de fibră optică multimod utilizat în prezent și până la 300 de metri pentru noul cablu de fibră optică multimod îmbunătățit. Există mai multe opțiuni pentru cablul de fibră optică monomod: până la 2 km pentru o rețea de grup de clădiri și 10 sau 40 km pentru o rețea regională.
Modelul OSI
Când discutăm în detaliu despre funcționarea rețelelor, este adesea menționat conceptul de niveluri de interacțiune între componentele rețelei. Modelul OSI (Open System Interconnect), dezvoltat ca o descriere a structurii unui ideal arhitectura de retea. Modelul OSI are șapte straturi de interacțiune pentru a aborda procesul de schimb de informații între dispozitivele dintr-o rețea. Fiecare dintre nivelurile de rețea este relativ autonom și este considerat separat. Modelul OSI este utilizat pentru a defini funcțiile fiecărui strat.
1) Stratul fizic definește caracteristicile electrice, mecanice, procedurale și funcționale de activare, întreținere și dezactivare a canalului fizic între sisteme de capăt. Specificații nivel fizic determina nivelurile de tensiune, momentul schimbărilor de tensiune, viteza de transmisie informatii fizice, distanțele maxime de transmisie a informațiilor, cerințele pentru medii de transmisie, conectorii fizici și alte caracteristici similare.
2) Stratul Data Link asigură tranzitul fiabil al datelor printr-un canal fizic. În realizarea acestei sarcini, stratul de legătură de date se ocupă de probleme de adresare fizică, topologia rețelei, disciplina de linie (cum ar trebui sistemul final să folosească legătura de rețea), notificarea defecțiunilor, livrarea ordonată a blocurilor de date și controlul fluxului de informații. De obicei, acest strat este împărțit în două substraturi: LLC (Logical Link Control) în jumătatea superioară, care efectuează verificarea erorilor, și MAC (Media Access Control) în jumătatea inferioară, care este responsabil pentru adresarea fizică și primirea/transmiterea pachetelor la stratul fizic.
3) Stratul de rețea oferă conectivitate și selecția rutei între două sisteme terminale conectate la „subrețele” diferite, care pot fi situate în locații geografice diferite. Stratul de rețea este responsabil pentru alegerea rutei optime între stații, care pot fi separate de multe subrețele interconectate.
4) Transport - cel mai înalt nivel responsabil cu transportul datelor. Acest strat asigură transportul fiabil al datelor pe internet. Stratul de transport oferă mecanisme pentru stabilirea, menținerea și terminarea ordonată a circuitelor virtuale, sistemelor de detectare a erorilor de transport și controlul fluxului de informații.
5) Stratul de sesiune stabilește, gestionează și încheie sesiuni între sarcinile aplicației. Sesiunile constau într-o conversație între două sau mai multe obiecte de vizualizare. Stratul de sesiune sincronizează dialogul dintre obiectele stratului reprezentativ și gestionează schimbul de informații între acestea. În plus față de gestionarea sesiunii, acest nivel oferă mijloacele de a trimite informații, clasa de serviciu și notificări de excepție despre probleme la sesiune și la nivelurile superioare.
6) Nivelul de prezentare este responsabil pentru asigurarea faptului că informațiile trimise de la nivelul de aplicație al unui sistem sunt lizibile de către stratul de aplicare al altui sistem. Dacă este necesar, stratul reprezentativ se traduce între mai multe formate de reprezentare a informațiilor utilizând un format comun de reprezentare a informațiilor. Dacă este necesar, nu numai datele reale, ci și structurile de date utilizate de programe sunt supuse transformării. Un exemplu tipic este conversia terminațiilor șiruri UNIX(CR) în format MS-DOS (CRLF).
7) Stratul de aplicație este responsabil pentru îndeplinirea sarcinilor utilizatorului. Identifică și stabilește disponibilitatea partenerilor de comunicare vizați, sincronizează programele de aplicație cooperante, stabilește un acord privind procedurile de soluționare a erorilor și de gestionare a integrității informațiilor și determină dacă există resurse suficiente pentru comunicarea intenționată.
Bolile copiilor Ethernet și lupta împotriva lor
Ethernet folosește o metodă de acces la rețea „aleatorie” (CSMA/CD - carrier-sense multiple access/colision detection) - acces multiplu cu detecție carrier. Nu conține o secvență conform căreia stațiile pot accesa mediul de transmis. În acest sens, accesul la mediu este aleatoriu. Avantajul metodei: algoritmi acces aleatoriu sunt mult mai simplu de implementat în comparație cu algoritmii de acces determiniști. Prin urmare, hardware-ul poate fi mai ieftin. Prin urmare, Ethernet este mai comun decât alte tehnologii LAN. Când încărcarea rețelei este deja la nivelul de 30%, întârzierile în funcționarea stațiilor cu resurse de rețea devin vizibile, iar o creștere suplimentară a sarcinii provoacă mesaje despre indisponibilitatea resurselor rețelei. Motivul pentru aceasta este coliziunile care au loc între stațiile care au început să transmită simultan sau aproape simultan. Dacă are loc o coliziune, datele transmise nu ajung la destinatari, iar stațiile de transmisie trebuie să reia transmisia. În Ethernet clasic, toate stațiile din rețea formau un domeniu de coliziune. În acest caz, transmisia simultană a oricărei perechi de stații a dus la o coliziune.Segmentarea rețelei
Principala modalitate de combatere a congestionării segmentelor în perioadele de predominanță a rețelelor 10Base2. Întregul segment a fost împărțit în părți. În același timp, problema transmiterii informațiilor între segmente, dacă era necesar, a fost rezolvată folosind rutarea. Hardware-ul nu a fost deosebit de popular. De obicei, un server cu mai multe adaptoare de rețea a fost instalat aproximativ în centrul rețelei și a fost configurat un router software pe acesta. Astfel, pe lângă izolarea coliziunilor în segmente individuale, a fost posibilă creșterea dimensiunii totale a rețelei la 185 + 185 = 370 m.
Comutare de pachete
Folosind o topologie în stea, standardul 10Base-T implementează o magistrală comună „prăbușită” sau „prăbușită” la nivelul stratului fizic, astfel încât problema coliziunilor este de asemenea relevantă pentru acesta. Tehnologia de comutare a segmentelor Ethernet a fost introdusă pentru prima dată de Kalpana în 1990. Hub-urile de comutare, sau pur și simplu comutatoarele, permiteau fiecărei stații să folosească mediul de transmisie fără concurență cu altele, prin salvarea datelor primite și transmiterea acestora către stația de recepție numai atunci când portul său era deschis. Comutarea transformă în esență Ethernet dintr-un sistem de difuzare cu concurență pentru lățime de bandă într-un sistem adresat datelor. În acest caz, perechile de porturi expeditor-destinație formează dinamic independente canale virtuale. Acest lucru crește debitul rețelei în comparație cu utilizarea hub-urilor. Soluțiile destul de populare sunt atunci când serverele sunt conectate la mai multe porturi de mare viteză comutator, stație - la cele cu viteză redusă. În acest caz, în mod ideal, fiecare stație are acces la server la viteza maximă suportată de adaptor.
Deoarece limitările diametrului rețelei în tehnologia clasică Ethernet sunt asociate cu necesitatea detectării în timp util a coliziunilor, utilizarea comutatoarelor permite depășirea acestor limitări prin împărțirea rețelei în mai multe domenii de coliziune.
Transmiterea pachetelor de la portul sursă la portul de destinație în comutator are loc fie „din zbor” (cu toate acestea), fie cu tamponarea completă a pachetelor (stocare-and-forward). Când se utilizează transmisia din mers, transmisia către portul de destinație începe înainte ca pachetul să fie primit de la portul sursă, folosind adresa de destinație din antetul pachetului. Această metodă reduce întârzierile de transmisie atunci când sarcina rețelei este ușoară, dar are și dezavantaje - în acest caz, preprocesarea pachetelor este imposibilă, ceea ce permite ca pachetele dăunătoare să fie aruncate fără a le transmite destinatarului. Pe măsură ce sarcina rețelei crește, întârzierea în timpul transmisiei din mers este aproape egală cu întârzierea în timpul transmisiei tamponate, acest lucru se explică prin faptul că în acest caz portul de ieșire este adesea ocupat cu primirea unui alt pachet, astfel că pachetul nou sosit pentru a acestui port mai trebuie să tamponeze.
Multe switch-uri folosesc tehnologie adaptivă: modurile de stocare în tampon și de transmisie în timp sunt aplicate în funcție de cantitatea de încărcare a rețelei.
Tehnologia de comutare face posibilă construirea de rețele cu un număr mare de stații, în timp ce ponderea traficului de difuzare atinge valori semnificative. Dacă este necesar, limitați accesul la stație resursele rețelei, utilizează tehnologia rețelei locale virtuale (VLAN). O rețea locală virtuală (VLAN) este formată dintr-un grup de noduri de rețea, al căror trafic, inclusiv traficul de difuzare, este complet izolat la nivel de legătură de nodurile incluse în alte VLAN-uri. Transmiterea cadrelor între diferite VLAN-uri bazate pe o adresă la nivel de legătură nu este posibilă, indiferent de tipul de adresă - unică, multicast sau broadcast.
Multă vreme nu a existat un standard pentru VLAN-uri în același timp, au existat multe implementări proprietare care erau incompatibile între ele. Standardul IEEE 802.1Q VLAN a fost acum adoptat.
Pentru a construi un VLAN înainte de adoptarea standardului IEEE 802.1Q, se foloseau de obicei gruparea de porturi sau gruparea adreselor MAC. Soluțiile de grupare de porturi sunt mai ușor de implementat, dar atunci când se conectează mai multe switch-uri, fiecare VLAN necesită o conexiune separată între ele, ceea ce duce la utilizarea irosită a porturilor și cablurilor. Gruparea după Bazat pe MAC adresele utilizează mai eficient porturile și conexiunile, dar operarea necesită multă muncă. Avantajul acestor metode este utilizarea cadrelor Ethernet standard. Standardul IEEE 802.1Q prevede modificarea structurii cadrului Ethernet prin introducerea de câmpuri suplimentare în acesta, care conțin informații despre apartenența nodului la un anumit VLAN. În plus, sunt adăugate câmpuri pentru a stoca informațiile de prioritate a cadrelor utilizate în standardul IEEE 802.1p.
Pentru a transfera informații între diferite VLAN-uri, este necesar să se implice stratul de rețea. Facilitățile corespunzătoare pot fi fie un router separat, fie fac parte din hardware-ul și software-ul comutatorului. Switch-urile care au mijloacele de a funcționa la nivel de protocol de rețea sunt numite „comutatoare de rutare” sau „comutatoare de nivel trei”. Pentru a controla fluxurile de informații, aceștia folosesc rutarea pachetelor fie secvențială, fie în flux. În primul caz, sunt implementate funcții clasice de router și fiecare pachet este procesat separat. În al doilea caz, se folosește o metodă non-standard pentru a reduce numărul de operațiuni pentru a determina traseul pachetelor. Primul pachet este procesat la nivelul trei și determină portul de destinație pentru pachetele rămase pentru aceeași destinație. Redirecționarea ulterioară a pachetelor are loc la al doilea nivel, ceea ce accelerează procesul de transmisie în comparație cu rutarea clasică. Pentru a simplifica implementarea, comutatoarele de nivel al treilea folosesc rutarea numai a protocoalelor IP și IPX, deoarece sunt cele mai comune în rețelele locale.
Prioritizarea traficului
O altă proprietate a Ethernetului care este văzută ca un dezavantaj atunci când vine vorba de transmiterea informațiilor sensibile la latență, cum ar fi vocea și video prin rețea. Protocoalele stratului de legătură Ethernet nu acceptă câmpul de prioritate a cadrelor, așa că pentru a rezolva această problemă, producătorii de echipamente de rețea au început să construiască soluții tehnologice suplimentare în comutatoare. De exemplu, tehnologia PACE (Priority Access Control Enabled) de la 3Com vă permite să selectați două subcanale logice într-un singur canal - cu priorități ridicate și scăzute. În acest caz, prioritățile sunt atribuite porturilor de comutare și cadrul este plasat într-o coadă de cadre cu prioritatea corespunzătoare, în funcție de portul pe care a ajuns. PACE folosește un format de cadru standard pentru utilizarea atât cu echipamente activate PACE, cât și cu echipamente care nu sunt activate PACE din aceeași rețea.Situația s-a schimbat odată cu adoptarea standardului IEEE 802.1p: a devenit posibilă definirea a opt niveluri de prioritate a cadrelor pe baza utilizării de noi câmpuri definite în standardul IEEE 802.1Q. Astfel, managementul prioritar este organizat mai flexibil, fără a fi legat de porturi specifice.
Pe lângă prioritizarea traficului sensibil la timp, este necesar să se mărească prioritatea porturilor de comutare față de porturile stației finale pentru a preveni pierderea pachetelor. Pentru a realiza acest lucru, producătorii folosesc parametrii de acces media non-standard pentru porturile de comutare. „Comportamentul agresiv” al unui port la capturarea unui mediu apare după încheierea transmisiei următorului pachet sau după detectarea unei coliziuni. În primul caz, după terminarea transmisiei, comutatorul se întrerupe mai puțin decât cel standard și începe să transmită un nou pachet. Postul, după ce a făcut pauza necesară, când încearcă să transmită, descoperă că mediul este deja ocupat. În cel de-al doilea caz, după detectarea unei coliziuni, portul de comutare se întrerupe, de asemenea, mai puțin decât cel standard, captează mediul, iar stația nu reușește, de asemenea, să înceapă transmiterea. Comutatorul modifică în mod adaptiv nivelul de agresivitate după cum este necesar.
O altă tehnică utilizată în comutatoare se bazează pe transmiterea de către stație a pachetelor fictive către stație într-un moment în care nu există pachete în bufferul de comutare pentru a transmite către portul stației. În acest caz, mediul de transmisie este la fel de probabil capturat alternativ de portul comutatorului și de stație, iar intensitatea transmisiei pachetelor către comutator este redusă în medie la jumătate. Această metodă se numește metoda contrapresiunii. Este combinat cu o metodă agresivă de captură media pentru a suprima și mai mult activitatea stației finale.
AGENȚIA FEDERALĂ DE EDUCAȚIE
GOU VPO „INSTITUTUL DE STAT MOSCOVA
INGINERIE RADIO, ELECTRONICĂ ȘI AUTOMATIZARE
(Universitate tehnica)"
ramura Daghestan
Departamentul de Informatică
Lucru de curs
la disciplina „Rețele de calculatoare”
pe tema:
" Rețeaua localăEthernet "
Efectuat: elev în anul 4
specialități VMKSiS
Isaeva P. M.
Verificat: Feylamazova S.A.
Makhachkala 2011
Introducere…………………………………………………………………2
Istoria Ethernet-ului………………………………………………………………… 3
Rețele Ethernet………………………………………………………………………..…6
Servere…………………………………………………………………….11
Echipamente pentru rețele locale……………………………..15
Topologia rețelei……………………………………………………………………….16
Caracteristicile generale ale rețelelor locale......22
Securitatea rețelei locale Ethernet……………...26
Poduri și comutare…………………………………………………………..29
Varietăți de Ethernet……………………………………………….32
Standardizarea………………………………………………………….33
Concluzie………………………………………………………………………..34
Lista referințelor………………………35
INTRODUCERE
Rețelele de calculatoare, numite și rețele de calculatoare sau rețele de date, sunt rezultatul logic al evoluției a două dintre cele mai importante ramuri științifice și tehnice ale civilizației moderne - tehnologiile informatice și de telecomunicații. Pe de o parte, rețelele sunt un caz special de sisteme de calcul distribuite în care un grup de calculatoare realizează coordonat un set de sarcini interconectate, schimbând automat date. Pe de altă parte, rețelele de calculatoare pot fi considerate ca un mijloc de transmitere a informațiilor pe distanțe mari, pentru care folosesc metode de codificare și multiplexare a datelor, care au fost dezvoltate în diverse sisteme de telecomunicații.
Sfârșitul anilor 90 Secolul trecut a dezvăluit un lider clar în rândul tehnologiilor de rețele locale - familia Ethernet, care includea tehnologia clasică Ethernet 10 Mbit/s, precum și Fast Ethernet 100 Mbit/s și Gigabit Ethernet 1000 Mbit/s. Algoritmi simpli de operare au predeterminat costul scăzut al echipamentelor Ethernet. O gamă largă de ierarhii de viteză vă permite să construiți rațional o rețea locală, folosind tehnologia familiei care corespunde cel mai bine obiectivelor întreprinderii și nevoilor utilizatorilor. De asemenea, este important ca toate tehnologiile Ethernet să fie foarte asemănătoare între ele în principiile de funcționare, ceea ce simplifică întreținerea și integrarea acestor rețele.
Relevanța acestei lucrări se datorează importanței studiului local sisteme informatice pentru studenții specialităților tehnice ca unul dintre conceptele de bază ale disciplinei „Rețele de calculatoare”.
Scopul lucrării este de a studia caracteristicile și caracteristicile rețelei locale Ethernet.
În conformitate cu scopul lucrării, au fost stabilite următoarele sarcini: definirea conceptului de „rețea locală de calculatoare”, caracteristicile principalelor metode de construire a rețelelor (topologie de rețea), o scurtă descriere a principalelor protocoale de rețea care asigură coordonarea interacțiunea utilizatorilor în rețea, studiul unor tehnologii de rețea locale precum Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast și Gigabit Ethernet.
Istoria Ethernetului
Tehnologia Ethernet a fost dezvoltată împreună cu multe dintre primele proiecte ale Xerox PARC. Este general acceptat că Ethernet a fost inventat la 22 mai 1973, când Robert Metcalf ( Robert Metcalfe) a scris un memoriu pentru șeful PARC despre potențialul tehnologiei Ethernet. Dar Metcalf a primit dreptul legal asupra tehnologiei câțiva ani mai târziu. În 1976, el și asistentul său David Boggs au publicat o broșură intitulată „Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks”.
Metcalf a părăsit Xerox în 1979 și a fondat 3Com pentru a comercializa computere. El a reușit să convingă DEC, Intel și Xerox să lucreze împreună și să dezvolte standardul Ethernet (DIX). Acest standard a fost publicat pentru prima dată la 30 septembrie 1980. A început să concureze cu două mari tehnologii brevetate: token ring și ARCNET, care au fost în curând îngropate sub valurile de produse Ethernet. În acest proces, 3Com a devenit compania dominantă în industrie.
Standardul primelor versiuni (Ethernet v1.0 și Ethernet v2.0) a indicat că a fost folosit cablu coaxial ca mediu de transmisie, ulterior a devenit posibilă utilizarea perechii răsucite și a cablului optic.
Motivele pentru a trece la pereche răsucită au fost:
posibilitatea de a lucra în modul duplex;
cost redus al cablului cu pereche torsadată;
fiabilitate mai mare a rețelelor în caz de defecțiune a cablului;
imunitate mai mare la zgomot atunci când se utilizează un semnal diferenţial;
capacitatea de a alimenta noduri de putere redusă prin cablu, de exemplu telefoane IP ( Putere standard peste Ethernet, POE);
lipsa conexiunii galvanice (flux de curent) între nodurile rețelei. Când se folosește un cablu coaxial în condiții rusești, unde, de regulă, nu există împământare a computerelor, utilizarea unui cablu coaxial a fost adesea însoțită de defecțiunea plăcilor de rețea și, uneori, chiar de „epuizare” completă. unitate de sistem.
Motivul trecerii la cablul optic a fost nevoia de a mări lungimea segmentului fără repetoare.
Metodă de control al accesului (pentru o rețea pe un cablu coaxial) - acces multiplu cu detecție a purtătorului și detecție a coliziunilor (CSMA/CD, Acces multiplu Carrier Sense cu detectare a coliziunilor), rata de transfer de date 10 Mbit/s, dimensiunea pachetului de la 72 la 1526 de octeți , a descris metodele de codificare a datelor. Modul de operare este semi-duplex, adică nodul nu poate transmite și primi simultan informații. Numărul de noduri dintr-un segment de rețea partajat este limitat la o limită de 1024 de stații de lucru (specificațiile stratului fizic pot stabili restricții mai stricte, de exemplu, nu pot fi conectate mai mult de 30 de stații de lucru la un segment coaxial subțire și nu mai mult de 100 la un segment coaxial gros). Cu toate acestea, o rețea construită pe un singur segment partajat devine ineficientă cu mult înainte de a se atinge limita numărului de noduri, în principal din cauza modului de operare semi-duplex.
În 1995, a fost adoptat standardul IEEE 802.3u Fast Ethernet cu o viteză de 100 Mbit/s și a devenit posibilă operarea în full duplex. În 1997, standardul IEEE 802.3z Gigabit Ethernet a fost adoptat cu o viteză de 1000 Mbit/s pentru transmisia prin fibră optică și doi ani mai târziu pentru transmisia prin cablu cu pereche torsadată.
Ethernet este o tehnologie în evoluție. Evoluția a inclus un randament mai mare, tehnici îmbunătățite de acces la mediu și schimbări în mediul fizic. Ethernet a evoluat într-un set de tehnologii de rețea care stă la baza majorității rețelelor locale de astăzi. Cablul coaxial a fost înlocuit cu repetoare sau comutatoare Ethernet conectate punct la punct pentru a reduce costurile de instalare, a îmbunătăți fiabilitatea și a permite gestionarea și depanarea punct la punct. Există multe variante de Ethernet utilizate în mod obișnuit.
Stațiile Ethernet comunică prin trimiterea reciprocă a pachetelor de date, blocuri de date care sunt trimise și livrate individual. Ca și alte Ethernet IEEE 802 LAN, fiecărei stații i se dă o adresă MAC pe 48 de biți. Adresele MAC sunt folosite pentru a determina destinația și sursa fiecărui pachet de date. Cardurile de interfață de rețea (NIC) sau cipurile nu acceptă de obicei pachete adresate altor locații Ethernet. Adaptoarele vin programate cu o adresă unică la nivel global. În ciuda modificărilor semnificative în Ethernet, de la grosimea magistralei coaxiale care rulează la 10 Mbit/s la punct la punct care rulează la 1 Gbit/s și mai mult, toate generațiile de Ethernet (cu excepția versiunii experimentale timpurii) utilizează același format de cadru. (și, prin urmare, aceeași interfață pentru straturile superioare) și pot fi comunicate cu ușurință între ele printr-o punte.
Datorită omniprezenței Ethernet-ului, costului în continuă scădere al hardware-ului necesar pentru a-l susține și spațiului limitat pe panou necesar pentru Ethernet-ul perechi răsucite, majoritatea producătorilor construiesc acum carduri Ethernet funcționale direct în plăcile computerelor, eliminând necesitatea instalării unei perechi separate. card de retea.
|
Ethernet |
|
Ethernet (a se citi „Ethernet”) este o rețea locală de calculatoare cu sau fără acces la Internet. |
|
Sinonime pentru Ethernet - LAN sau "local". O rețea Ethernet este utilizată pentru a conecta computerele între ele Rețea cu fir. Un exemplu izbitor de rețea Ethernet este Internet prin cabluîn clădiri rezidențiale (de exemplu, Corbina), precum și în rețelele corporative din birouri. Pentru a organiza o rețea Ethernet, utilizați un cablu cu conector RJ-45, care este conectat la portul pentru cardul de rețea al computerului. Există un analog wireless de rețea Ethernet numit WLAN. |
Realități lumea modernă sunt de așa natură încât computerul, care până de curând era în mod absolut perceput separat de internet și rețelele locale ca un instrument independent de muncă și un mijloc de divertisment, pare acum inferior. Desigur, dezvoltarea instrumentelor de lucru în echipă (introducerea pe scară largă a diverselor companii sisteme de informare, cum ar fi 1C:Enterprise, PARUS-Enterprise 8, SAP R/3 și multe altele) și media de divertisment(apariția și dezvoltarea unor fenomene precum forumuri, bloguri, social mediași multe altele) a condus la faptul că un computer care nu este conectat la rețea nu poate satisface pe deplin nevoile utilizatorului.
Mai mult, dezvoltarea telefoniei IP moderne și a comunicațiilor de afaceri (în primul rând E-mail), precum și IM (cum ar fi ICQ, Agent Mail.ru, Ya.Online, Google Talk, Jabber și mulți alții) s-au întors calculatoare moderne de la sisteme izolate de procesare a informaţiei într-un mijloc de comunicare.
Cu toate acestea, pentru ca toate aceste aplicații complexe să funcționeze cu succes, este necesară construirea rețelelor de calculatoare. Și în prezent, principala tehnologie pentru aceasta este Ethernet (Ethernet, din latinescul ether - eter).
Standardul tehnologic Ethernet descrie conexiuni prin cabluși semnale electrice de nivel fizic, formate de cadre și protocoale de control al accesului media. În modelul OSI (standardul mai mare pentru interconectarea complexă pe mai multe straturi a rețelelor de date), Ethernet acoperă nivelul de legătură de date.
Astfel, Ethernet determină exact cum ar trebui construită o rețea locală, ce echipament trebuie utilizat și cum exact ar trebui organizat transferul de date la nivel. Uneori puteți găsi un alt nume pentru tehnologia Ethernet – IEEE 802.3. Acesta este un standard IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) care stabilește pe hârtie implementarea tehnologiei Ethernet.
Istoria tehnologiei Ethernet
Tehnologia Ethernet a fost dezvoltată de Xerox PARC Corporation. Este în general acceptat că Ethernetul a fost inventat pe 22 mai 1973, când unul dintre ingineri, Robert Metcalfe, a scris un memoriu șefului PARC despre potențialul tehnologiei Ethernet. Dar Metcalf a primit dreptul legal asupra tehnologiei câțiva ani mai târziu. În 1976, el și asistentul său David Boggs au publicat o broșură intitulată „Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks”, care descria noua tehnologie în detaliu.
Metcalfe a părăsit Xerox în 1979 și a fondat 3Com (în prezent unul dintre cei mai importanți producători de echipamente de telecomunicații din lume). El a reușit să convingă DEC, Intel și Xerox să lucreze împreună și să dezvolte standardul Ethernet (DIX). Acest standard a fost publicat pentru prima dată la 30 septembrie 1980. A început să concureze cu două mari tehnologii brevetate: token ring și ARCNET, care au fost în curând îngropate sub valurile de produse Ethernet.
Dezvoltarea rețelelor Ethernet
Cablu coaxial
Cu toate acestea, ar fi ciudat dacă tehnologia inventată în 1979 ar veni la noi fără schimbari majore. Rețelele Ethernet originale foloseau cablu coaxial pentru transmiterea datelor și asigurau transfer de date la o viteză de 3 Mbps.
Următoarea etapă în dezvoltarea rețelelor Ethernet a fost creșterea vitezei de transfer de date. În standardul timpuriu IEEE 802.3 (numit și 10BASE5 sau „ Ethernet gros„) descrie tehnologia de transmitere a datelor folosind un cablu coaxial cu o impedanță caracteristică de 50 Ohmi (RG-8), cu o lungime maximă a segmentului de 500 de metri.
În același timp, a apărut standardul IEEE 802.3a (alte denumiri pentru aceste rețele Ethernet au devenit 10BASE2, sau „Thin Ethernet”). Cablul RG-58 a fost folosit ca mediu de transmisie a datelor, cu o lungime maximă a segmentului de 200 de metri. Calculatoarele erau conectate între ele pentru a conecta cablul la placa de rețea, era nevoie de un conector T, iar cablul trebuia să aibă un conector BNC. În plus, erau necesare terminatoare la fiecare capăt al cablului. Această tehnologie a fost cea care a primit o largă distribuție comercială și a găsit o aplicare largă în rețelele de atunci.
pereche răsucită
Cu toate acestea, utilizarea cablului coaxial a avut multe dezavantaje. Prin urmare, s-a decis să se utilizeze pereche răsucită ca mediu de transmisie a datelor - un cablu format din una sau mai multe perechi de conductori izolați, răsucite împreună și acoperite cu o manta comună din plastic.
Principalele motive pentru a trece la pereche răsucită au fost:
- posibilitatea de a lucra în modul duplex;
- pereche răsucită la preț redus;
- fiabilitate mai mare a rețelelor în caz de defecțiune a cablului;
- capacitatea de a alimenta noduri de putere redusă prin cablu, de exemplu telefoane IP (Power over Ethernet, standard POE);
- lipsa conexiunii galvanice (flux de curent) între nodurile rețelei. Când se folosește cablul coaxial în condiții rusești, unde, de regulă, nu există împământare a computerelor, utilizarea cablului coaxial a fost adesea însoțită de defecțiunea plăcilor de rețea și, uneori, chiar de „arsarea” completă a unității de sistem, astfel încât această proprietate de cablu torsadat a fost deosebit de solicitat.
În ciuda faptului că teoretic este posibil să conectați mai mult de două dispozitive care funcționează în modul simplex la un cablu (segment) cu pereche răsucită, o astfel de schemă nu este niciodată utilizată pentru Ethernet. Prin urmare, toate rețelele de perechi răsucite folosesc o topologie în stea, în timp ce rețelele coaxiale folosesc o topologie magistrală. Terminatoarele pentru lucrul peste cabluri cu perechi răsucite sunt încorporate în fiecare dispozitiv și nu este nevoie să utilizați terminatoare externe suplimentare în linie.
Astfel, a luat naștere standardul StarLAN 10, care a evoluat ulterior în standardul IEEE 802.3i (cunoscut și ca 10BASE-T). Pentru transmiterea datelor, acest standard folosește 4 fire dintr-un cablu de pereche răsucită (două perechi răsucite) de categoria 3 sau categoria 5. Lungimea maximă a segmentului este de 100 de metri. Acest standard a câștigat și distribuție comercială, dar a fost înlocuit curând cu un descendent mai rapid.
Fast Ethernet
Acest descendent a primit numele general acceptat Fast Ethernet, iar tehnologia a fost IEEE 802.3u (100BASE-TX). Acest standard folosește cabluri de categoria 5 perechi răsucite și de fapt utilizează doar două perechi neecranate conductoare. Transmisia de date duplex este acceptată, distanța dintre dispozitive este de până la 100 m. Acest standard este cel mai răspândit în prezent. Mai mult decât atât, când se menționează rețelele Ethernet, se referă cel mai adesea la această implementare specială a acestei tehnologii.
Gigabit Ethernet
Cu toate acestea, dezvoltarea ulterioară a rețelelor Ethernet nu s-a încheiat, iar următoarea etapă a fost apariția unui standard numit Gigabit Ethernet. Principala realizare este creșterea vitezei de transfer de date la 1 Gbit/s.
În acest scop, tehnologia IEEE 802.3ab (1000BASE-T) a fost dezvoltată utilizând un cablu torsadat de categoria 5e. Toate cele 4 perechi sunt implicate în transmiterea datelor. Viteza de transfer de date este de 250 Mbit/s pe o pereche.
În ciuda faptului că majoritatea rețelele existente folosiți Fast Ethernet, acest standard înlocuiește treptat Gigabit Ethernet mai modern.
10 Gigabit Ethernet
În ciuda faptului că standardul Gigabit Ethernet tocmai a început implementarea, progresul nu stă pe loc și a fost deja dezvoltat un standard care îl va înlocui. După cum probabil ați ghicit, acesta este 10 Gigabit Ethernet, cu rate de transfer de date de până la 10 Gbit/s.
O tehnologie recent adoptată, IEEE 802.3an-2006 (10GBASE-T), folosește un cablu ecranat cu perechi răsucite și este concepută pentru a transmite date pe distanțe de până la 100 de metri.
100 Gigabit Ethernet
Deși 10 Gigabit Ethernet nu este încă răspândit, dezvoltarea următorului standard este deja în curs.
Fibra optica
Pe lângă perechea răsucită, standardul Ethernet oferă și transmisia de date prin fibră optică. Această metodă de transmitere a datelor face posibilă construirea de linii semnificativ mai lungi și este folosită pentru a organiza canalele de comunicare de mare viteză.
Câteva despre vitezele de transfer de date în rețele
Merită să ne amintim puțin despre viteza de transfer de date în rețele. Primul lucru de reținut este diferența dintre biți și octeți. După cum știți, un bit conține 8 octeți, ceea ce înseamnă că viteza maxima transferul de date în standardul Gigabit Ethernet este 1000/8=125 Mb/s.
A doua caracteristică este că atunci când vorbim despre viteza de transfer de date, ne referim adesea la viteza de transfer Informatii utile(de exemplu, viteza de copiere a fișierelor). Cu toate acestea, în contextul stratului de legătură de date OSI (despre care a fost discutat la început) este întotdeauna menționat viteza totala transmisie de date care nu ține cont de împărțirea în informații utile și de serviciu. Este dificil să spunem în avans exact care poate fi raportul dintre informații utile și de serviciu (și viteza de transfer al informațiilor utile depinde de aceasta). Cu toate acestea, este puțin probabil să existe mai multe informații de serviciu decât informații utile și, prin urmare, pentru a determina viteza medie de transmisie a informațiilor utile, puteți pur și simplu împărți viteza totală în octeți la jumătate. Astfel, pentru Gigabit Ethernet va fi de 62,5 Mb/s.
În plus, nu uitați că viteza totală maximă de transfer de informații depinde de capacitățile tuturor dispozitivelor implicate în transfer. Deci, la fel cum viteza unei escadrile este determinată de viteza celei mai lente nave, un dispozitiv lent poate reduce foarte mult rata de transfer de date. Prin urmare, pentru cele mai bune rezultate, asigurați-vă că toate dispozitivele implicate în transferul de date sunt capabile să funcționeze la vitezele selectate.
Cea mai răspândită dintre rețelele standard este rețeaua Ethernet. A apărut pentru prima dată în 1972 (dezvoltat de celebra companie Xerox). Rețeaua s-a dovedit a fi destul de reușită și, ca urmare, în 1980 a fost susținută de companii importante precum DEC și Intel (asociația acestor companii se numea DIX după primele litere ale numelui lor). Prin eforturile lor, în 1985, rețeaua Ethernet a devenit un standard internațional, a fost adoptată de cele mai mari organizații internaționale de standardizare: IEEE Committee 802 (Institute of Electrical and Electronic Engineers) și ECMA (European Computer Manufacturers Association).
Standardul se numește IEEE 802.3 (se citește în engleză „opt oh doi puncte trei”). Acesta definește accesul multiplu la un canal de tip monobus cu detectarea coliziunilor și controlul transmisiei, adică cu metoda de acces CSMA/CD deja menționată. Unele alte rețele au îndeplinit, de asemenea, acest standard, deoarece nivelul său de detaliu este scăzut. Ca rezultat, rețelele IEEE 802.3 erau adesea incompatibile între ele atât în ceea ce privește designul, cât și caracteristicile electrice. Cu toate acestea, recent standardul IEEE 802.3 a fost considerat standardul pentru rețeaua Ethernet.
Principalele caracteristici ale standardului original IEEE 802.3:
topologie – magistrală;
mediu de transmisie – cablu coaxial;
viteza de transmisie – 10 Mbit/s;
lungimea maximă a rețelei – 5 km;
numărul maxim de abonați – până la 1024;
lungimea segmentului de rețea – până la 500 m;
numărul de abonați pe un segment - până la 100;
modalitate de acces – CSMA/CD;
Transmisie în bandă îngustă, adică fără modulare (canal mono).
Strict vorbind, există diferențe minore între standardele IEEE 802.3 și Ethernet, dar acestea sunt de obicei ignorate.
Rețeaua Ethernet este acum cea mai populară din lume (mai mult de 90% din piață) și probabil că va rămâne așa în următorii ani. Acest lucru a fost foarte facilitat de faptul că de la bun început caracteristicile, parametrii și protocoalele rețelei au fost deschise, drept urmare un număr mare de producători din întreaga lume au început să producă echipamente Ethernet care erau pe deplin compatibile între ele. .
Rețeaua Ethernet clasică folosea cablu coaxial de 50 ohmi de două tipuri (gros și subțire). Cu toate acestea, recent (de la începutul anilor 90), cea mai utilizată versiune de Ethernet este cea care utilizează perechi răsucite ca mediu de transmisie. De asemenea, a fost definit un standard pentru utilizarea în rețelele de cablu cu fibră optică. Au fost făcute completări la standardul original IEEE 802.3 pentru a se adapta acestor modificări. În 1995, a apărut un standard suplimentar pentru o versiune mai rapidă de Ethernet care funcționează la o viteză de 100 Mbit/s (așa-numitul Fast Ethernet, standard IEEE 802.3u), folosind pereche răsucită sau cablu de fibră optică ca mediu de transmisie. În 1997 a apărut și o versiune cu o viteză de 1000 Mbit/s (Gigabit Ethernet, standard IEEE 802.3z).
În plus față de topologia magistrală standard, sunt din ce în ce mai folosite topologiile pasive stea și arborele pasive. Aceasta implică utilizarea de repetitoare și hub-uri de repetitoare care conectează diferite părți (segmente) ale rețelei. Ca rezultat, pe segmente de diferite tipuri se poate forma o structură asemănătoare arborelui (Fig. 7.1).
Orez. 7.1. Topologie clasică de rețea Ethernet
Segmentul (parte a rețelei) poate fi o magistrală clasică sau un singur abonat. Cablul coaxial este utilizat pentru segmentele de magistrală, iar perechea răsucită și cablul de fibră optică este utilizat pentru spițe stea pasive (pentru conectarea computerelor individuale la un hub). Principala cerință pentru topologia rezultată este ca aceasta să nu conțină căi închise (bucle). De fapt, se pare că toți abonații sunt conectați la o magistrală fizică, deoarece semnalul de la fiecare dintre ei se propagă în toate direcțiile simultan și nu se întoarce înapoi (ca într-un inel).
Lungimea maximă a cablului rețelei în ansamblu (calea maximă a semnalului) poate ajunge teoretic la 6,5 kilometri, dar practic nu depășește 3,5 kilometri.
O rețea Fast Ethernet nu are o topologie de magistrală fizică este utilizată doar o stea pasivă sau un arbore pasiv. În plus, Fast Ethernet are cerințe mult mai stricte pentru lungimea maximă a rețelei. La urma urmei, cu o creștere de 10 ori a vitezei de transmisie și același format de pachet, lungimea minimă a acestuia devine de zece ori mai scurtă. Astfel, valoarea admisibilă a timpului de transmisie a semnalului dublu prin rețea este redusă de 10 ori (5,12 μs față de 51,2 μs în Ethernet).
Codul standard Manchester este folosit pentru a transmite informații într-o rețea Ethernet.
Accesul la rețeaua Ethernet se realizează prin metoda aleatorie CSMA/CD, asigurând egalitatea abonaților. Rețeaua utilizează pachete de lungime variabilă cu structura prezentată în Fig. 7.2. (numerele arată numărul de octeți)
Orez. 7.2. Structura pachetelor Ethernet
Lungimea unui cadru Ethernet (adică un pachet fără preambul) trebuie să fie de cel puțin 512 de biți sau 51,2 μs (acesta este timpul maxim de tranzit dublu în rețea). Este oferită adresare individuală, de grup și de difuzare.
Pachetul Ethernet conține următoarele câmpuri:
Preambulul este format din 8 octeți, primii șapte sunt codul 10101010, iar ultimul octet este codul 10101011. În standardul IEEE 802.3, al optulea octet se numește Start of Frame Delimiter (SFD) și formează un câmp separat al pachetului.
Adresele destinatarului (receptorului) și emițătorului (emițătorului) conțin fiecare câte 6 octeți și sunt construite conform standardului descris în secțiunea „Adresarea pachetelor” din Lectura 4. Aceste câmpuri de adresă sunt procesate de echipamentul abonatului.
Câmpul de control (L/T – Length/Type) conține informații despre lungimea câmpului de date. De asemenea, poate determina tipul de protocol utilizat. Este în general acceptat că, dacă valoarea acestui câmp nu este mai mare de 1500, atunci acesta indică lungimea câmpului de date. Dacă valoarea sa este mai mare de 1500, atunci determină tipul de cadru. Câmpul de control este procesat de software.
Câmpul de date trebuie să conțină de la 46 la 1500 de octeți de date. Dacă pachetul trebuie să conțină mai puțin de 46 de octeți de date, atunci câmpul de date este umplut cu octeți de completare. Conform standardului IEEE 802.3, în structura pachetului este alocat un câmp special de umplutură (pad data), care poate avea o lungime zero atunci când există suficiente date (mai mult de 46 de octeți).
Câmpul Frame Check Sequence (FCS) conține suma de verificare ciclică (CRC) pe 32 de biți a pachetului și este utilizat pentru a verifica dacă pachetul a fost transmis corect.
Astfel, lungimea minimă a cadrului (pachet fără preambul) este de 64 de octeți (512 de biți). Această valoare determină întârzierea dublă maximă admisă a propagării semnalului în rețea în intervale de 512 biți (51,2 μs pentru Ethernet sau 5,12 μs pentru Fast Ethernet). Standardul presupune că preambulul poate scădea pe măsură ce pachetul trece prin diverse dispozitive de rețea, deci nu este luat în considerare. Lungimea maximă a cadrului este de 1518 octeți (12144 biți, adică 1214,4 µs pentru Ethernet, 121,44 µs pentru Fast Ethernet). Acest lucru este important pentru alegerea dimensiunii memoriei tampon a echipamentelor de rețea și pentru evaluarea încărcării generale a rețelei.
Alegerea formatului de preambul nu este întâmplătoare. Cert este că succesiunea de alternări de unu și zero (101010...10) din codul Manchester se caracterizează prin faptul că are tranziții doar la mijlocul intervalelor de biți (vezi secțiunea 2.6.3), adică numai tranziții informaționale. Desigur, este ușor pentru receptor să se acorde (sincronizeze) cu o astfel de secvență, chiar dacă din anumite motive este scurtată cu câțiva biți. Ultimii doi biți individuali ai preambulului (11) diferă semnificativ de secvența 101010...10 (tranzițiile apar și la limita intervalelor de biți). Prin urmare, un receptor deja reglat le poate selecta cu ușurință și astfel detecta începutul informațiilor utile (începutul cadrului).
Pentru o rețea Ethernet care funcționează la o viteză de 10 Mbit/s, standardul definește patru tipuri principale de segmente de rețea, concentrate pe diferite medii de transmisie a informațiilor:
10BASE5 (cablu coaxial gros);
10BASE2 (cablu coaxial subțire);
10BASE-T (pereche răsucită);
10BASE-FL (cablu fibră optică).
Denumirea segmentului include trei elemente: numărul „10” înseamnă o viteză de transmisie de 10 Mbit/s, cuvântul BASE înseamnă transmisie în banda de frecvență de bază (adică fără modularea unui semnal de înaltă frecvență), iar ultimul elementul este lungimea admisă a segmentului: „5” – 500 de metri, „2” – 200 de metri (mai precis, 185 de metri) sau tipul de linie de comunicație: „T” – pereche răsucită (din engleză „twisted-pair” ), „F” – cablu de fibră optică (din limba engleză „fiber optic”).
În mod similar, pentru o rețea Ethernet care funcționează la o viteză de 100 Mbit/s (Fast Ethernet), standardul definește trei tipuri de segmente, care diferă prin tipurile de medii de transmisie:
100BASE-T4 (pereche răsucită quad);
100BASE-TX (pereche dublă răsucită);
100BASE-FX (cablu fibră optică).
Aici, numărul „100” înseamnă o viteză de transmisie de 100 Mbit/s, litera „T” înseamnă pereche răsucită, iar litera „F” înseamnă cablu de fibră optică. Tipurile 100BASE-TX și 100BASE-FX sunt uneori combinate sub numele 100BASE-X, iar 100BASE-T4 și 100BASE-TX sunt numite 100BASE-T.
Caracteristicile echipamentului Ethernet, precum și algoritmul de control al schimburilor CSMA/CD și algoritmul de calcul al sumei de control ciclic (CRC) vor fi discutate mai detaliat mai târziu în secțiuni speciale ale cursului. Aici trebuie remarcat doar că rețeaua Ethernet nu se distinge nici prin caracteristici de record, nici prin algoritmi optimi, este inferioară într-un număr de parametri față de alte rețele standard. Dar datorită suportului puternic, celui mai înalt nivel de standardizare și volumelor uriașe de echipamente tehnice, Ethernet se remarcă printre alte rețele standard și, prin urmare, orice altă tehnologie de rețea este de obicei comparată cu Ethernet.
Dezvoltarea tehnologiei Ethernet se îndepărtează din ce în ce mai mult de standardul original. Utilizarea de noi medii de transmisie și comutatoare face posibilă creșterea semnificativă a dimensiunii rețelei. Eliminarea codului Manchester (în rețelele Fast Ethernet și Gigabit Ethernet) oferă viteze crescute de transfer de date și cerințe reduse de cablu. Refuzul metodei de control CSMA/CD (cu modul de schimb full-duplex) face posibilă creșterea dramatică a eficienței operaționale și eliminarea restricțiilor privind lungimea rețelei. Cu toate acestea, toate noile varietăți de rețele sunt numite și rețea Ethernet.
Standardul EtherNet IEEE 802.3
Acesta este cel mai utilizat standard de tehnologie de rețea astăzi.
Particularitati:
- functioneaza cu cablu coaxial, pereche torsada, cabluri optice;
- topologie – magistrală, stea;
- metoda de acces – CSMA/CD.
Arhitectură tehnologie de rețea Ethernet reunește de fapt un întreg set de standarde care au atât caracteristici comune, cât și diferențe.
Tehnologia Ethernet a fost dezvoltată împreună cu multe dintre primele proiecte ale Xerox PARC. Este general acceptat că Ethernet a fost inventat pe 22 mai 1973, când Robert Metcalfe a scris un memoriu șefului PARC despre potențialul tehnologiei Ethernet. Dar Metcalf a primit dreptul legal asupra tehnologiei câțiva ani mai târziu. În 1976, el și asistentul său David Boggs au publicat un pamflet intitulat „Ethernet: Distributed Packet Switching For Local Computer Networks”. Metcalf a părăsit Xerox în 1979 și a fondat 3Com pentru a comercializa computere și locale retele de calculatoare. El a reușit să convingă DEC, Intel și Xerox să lucreze împreună și să dezvolte standardul Ethernet (DIX). Acest standard a fost publicat pentru prima dată 30 septembrie 1980.
Dezvoltarea ulterioară a tehnologiei EtherNet:
- 1982-1993 dezvoltarea EtherNet 10Mbit/s;
- 1995-1998 dezvoltarea Fast EtherNet;
- 1998-2002 dezvoltarea GigaBit EtherNet;
- 2003-2007 dezvoltarea 10GigaBit EtherNet;
- 2007-2010 dezvoltarea de 40 și 100 GigaBit EtherNet;
- Din 2010 până în prezent, dezvoltarea Terabit Ethernet.
La nivelul MAC, care oferă acces la mediul și transmisia cadru, sunt utilizate adrese unice de 6 octeți reglementate de standarde numite adrese MAC pentru a identifica interfețele de rețea ale nodurilor de rețea. De obicei, adresa MAC este scrisă ca șase perechi de cifre hexazecimale separate prin liniuțe sau două puncte, de exemplu 00-29-5E-3C-5B-88. Fiecare adaptor de rețea are o adresă MAC.
Structura adresei MAC Ethernet:
- Primul bit al adresei MAC de destinație se numește bit I/G (individual/grup sau de difuzare). În adresa sursă se numește Indicator de rută sursă;
- al doilea bit determină modul în care este atribuită adresa;
- Cei mai importanți trei octeți ai adresei sunt numiți Burned In Address (BIA) sau Organizationally Unique Identifier (OUI);
- Producătorul însuși este responsabil pentru unicitatea celor trei octeți inferiori ai adresei.
niste programe de rețea, în special wireshark, poate afișa imediat în loc de codul producătorului - numele producătorului acestei plăci de rețea.
Format de cadru de tehnologie EtherNet
Există 4 tipuri de cadre în rețelele Ethernet:
- cadru 802.3/LLC (sau cadru Novell802.2),
- Cadru brut 802.3 (sau cadru Novell 802.3),
- cadru Ethernet DIX (sau cadru Ethernet II),
- Cadru Ethernet SNAP.
În practică, echipamentele EtherNet utilizează un singur format de cadru, și anume cadrul EtherNet DIX, care uneori este denumit cadru de cel mai recent număr standard DIX.
- Primele două câmpuri ale antetului sunt rezervate adreselor:
- DA (Destination Address) – adresa MAC a nodului destinație;
- SA (Source Address) – adresa MAC a nodului expeditor. Pentru a livra un cadru, este suficientă o singură adresă - adresa de destinație este plasată în cadru, astfel încât nodul care primește cadrul să știe de la cine a venit cadrul și cine trebuie să îi răspundă.
- Câmpul T (Tip) conține codul de protocol condiționat nivel superior, ale căror date se află în câmpul de date cadru, de exemplu valoare hexazecimală 08-00 corespunde protocolului IP. Acest câmp este necesar pentru a suporta funcțiile de interfață de multiplexare a cadrelor și demultiplexare atunci când interacționați cu protocoalele de nivel superior.
- Câmp de date. Dacă lungimea datelor utilizatorului este mai mică de 46 de octeți, atunci acest câmp este completat la dimensiunea minimă cu octeți de completare.
- Câmpul Frame Check Sequence (FCS) este format din 4 octeți de sumă de control. Această valoare este calculată folosind algoritmul CRC-32.
Cadrul EtherNet DIX (II) nu reflectă împărțirea stratului de legătură EtherNet în stratul MAC și stratul LLC: câmpurile sale suportă funcții ale ambelor straturi, de exemplu, funcțiile de interfață ale câmpului T sunt atribuite funcțiilor stratului LLC, în timp ce toate celelalte câmpuri acceptă funcții de nivel MAC.
Să ne uităm la formatul de cadru EtherNet II folosind exemplul unui pachet interceptat folosind analizatorul de rețea Wireshark
Vă rugăm să rețineți că, deoarece adresa MAC constă din codul producătorului și numărul interfeței, atunci analizor de rețea convertește imediat codul producătorului în numele producătorului.
Astfel, în tehnologia EtherNet, adresele MAC acționează ca adrese de destinație și de destinație.
Standarde tehnologice Ethernet
Specificațiile fizice ale tehnologiei Ethernet includ următoarele medii de transmisie a datelor.
- l0Base-5 este un cablu coaxial cu un diametru de 0,5 inchi (1 dm = 2,54 cm), numit cablu coaxial „gros”, cu o impedanță caracteristică de 50 Ohmi.
- l0Base-2 este un cablu coaxial cu diametrul de 0,25 inchi, numit cablu coaxial „subțire”, cu o impedanță caracteristică de 50 ohmi.
- l0Base-T - cablu bazat pe pereche răsucită neecranată (Unshielded Twisted Pair, UTP), categoriile 3,4,5.
- l0Base-F - cablu fibră optică.
Numărul 10 indică rata de biți nominală a standardului, adică 10 Mbit/s, iar cuvântul „Base” este metoda de transmisie la o frecvență de bază. Ultimul caracter indică tipul cablului.
Cablul este folosit ca canal mono pentru toate posturile, lungimea maximă a segmentului este de 500 m. Stația este conectată la cablu printr-un transceiver. Transceiver-ul se conectează la adaptor de retea Conector DB-15 cu cablu de interfață AUI. Terminatoarele sunt necesare la fiecare capăt pentru a absorbi semnalele care se propagă de-a lungul cablului.
Reguli „5-4-3” pentru rețelele coaxiale:
Standardul de rețea de cablu coaxial permite utilizarea a cel mult 4 repetoare și, în consecință, a nu mai mult de 5 segmente de cablu în rețea. La lungime maxima un segment de cablu de 500 m dă o lungime maximă a rețelei de 500*5=2500 m Doar 3 din 5 segmente pot fi încărcate, adică cele la care sunt conectate noduri de capăt. Între segmentele încărcate trebuie să existe segmente descărcate.
l0Baza-2
Cablul este folosit ca canal mono pentru toate stațiile, lungimea maximă a segmentului este de 185 m Pentru a conecta cablul la placa de rețea, aveți nevoie de un conector T, iar cablul trebuie să aibă un conector BNC.
Se folosește și regula 5-4-3.
l0Baza-T
Formează o topologie în stea bazată pe un hub, hub-ul funcționează ca un repetor și formează un singur canal mono, lungimea maximă a segmentului este de 100 m. Nodurile finale sunt conectate folosind două perechi răsucite. O pereche pentru transmiterea datelor de la nod la hub este Tx, iar cealaltă pereche pentru transmiterea datelor de la hub la nod este Rx.
Regulile „4 hub-uri” pentru rețele bazate pe perechi răsucite:
Standardul de rețea de perechi răsucite definește numărul maxim de hub-uri între oricare două stații de rețea, și anume 4. Această regulă se numește „regula 4-hub”. Evident, dacă nu ar trebui să existe mai mult de 4 repetoare între oricare două noduri de rețea, atunci diametrul maxim al unei rețele cu perechi răsucite este de 5 * 100 = 500 m (lungimea maximă a segmentului 100 m).
10Baza-F
Din punct de vedere funcțional, o rețea Ethernet pe un cablu optic constă din aceleași elemente ca o rețea 10Base-T
Standardul FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) este primul standard al comitetului 802.3 pentru utilizarea fibrei optice în rețelele Ethernet. Lungimea maximă a segmentului este de 1000 m, numărul maxim de hub-uri este de 4, cu o lungime totală a rețelei de cel mult 2500 m.
Standardul 10Base-FL este o ușoară îmbunătățire față de standardul FOIRL. Lungimea maximă a segmentului este de 2000 m. Numărul maxim de hub-uri este de 4, iar lungimea maximă a rețelei este de 2500 m.
Standardul 10Base-FB este destinat doar interconectarii repetoarelor. Nodurile terminale nu pot folosi acest standard pentru a se conecta la porturile hub. Numărul maxim de hub-uri este de 5, lungimea maximă a unui segment este de 2000 m și lungimea maximă a rețelei este de 2740 m.
Masa. Parametrii de specificare a stratului fizic Ethernet
Când se ia în considerare regula „5-4-3” sau „4-hubs”, în cazul în care un dispozitiv de tip comutator apare pe calea de propagare a unui semnal imaginar de-a lungul cablurilor, calculul constrângerilor topologice începe de la zero.
Lățimea de bandă a rețelei Ethernet
Debitul este măsurat în funcție de numărul de cadre sau numărul de octeți de date transmise prin rețea pe unitatea de timp. Dacă nu există coliziuni în rețea, rata maximă de transmisie a cadrelor de dimensiune minimă (64 de octeți) este de 14881 de cadre pe secundă. În același timp, debitul util pentru cadrele Ethernet II este de 5,48 Mbit/s.
Rata maximă de cadre dimensiune maximă(1500 de octeți) este de 813 cadre pe secundă. Debitul util va fi de 9,76 Mbit/s.
