6.1. Технология Ethernet

В настоящее время это наиболее популярная во всем мире сетевая технология. В сетях Ethernet применяются топологии общая шина и пассивная звезда, а в качестве метода доступа к среде передачи данных используется метод CSMA/CD [4].

Метод доступа CSMA/CD

В сетях с разделяемой средой, к которой имеют непосредственный доступ все узлы сети, используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективно! о доступа с опознавани­ем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD).

Говорят, что среда, к которой подключены все сетевые устройства, работает в режиме коллекгивного доступа (Multiply Access. MA). Поэтому, чтобы получить возможность передавать кадр, интерфейс-отправитель должен убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием и анализом возникающих в ней сигна­лов. Если опознается несущая (Carrier Sense, CS) частота, то передача кадра откладывается до окончания чужой передачи.

Кроме того, после окончания передачи кадра все узлы сети обяза­ны выдержать небольшую дополнительную паузу, называемую меж­кадровым интервалом (InterFrame Gap, IFG), что позволяет узлу назначения принять и обработать передаваемый кадр, и после этого начать передачу своего кадра.

Однако механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют исключения ситуации, когда два или более узла сети ре­шат, что разделяемая среда свободна, и начнут передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия (collision), так как кадры сталкивается в разделяемой среде, что приводит к искажению переда­ваемой информации.

При обнаружении коллизии (Collision Detection. CD) (условия ее обнаружения зависят от применяемой физической среды) узел выдает в разделяемую среду специальную 32-битную jam-последовательность для более надежного распознавания коллизии всеми узлами сети.

После обнаружения коллизии каждый узел сети, который переда­вал кадр и столкнулся с коллизией, после некоторой задержки пытает­ся повторно передать свой кадр. Узел делает максимально 16 попыток передачи этого кадра, после чего отказывается от его передачи.

Формат кадра Ethernet

На практике в сетях Ethernet используются кадры различных фор­матов [6]. В данном курсе будет рассмотрен только формат SNAP (SubNetwork Access Protocol - протокол доступа к подсетям), пред­ставленный на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Формат кадра Ethernet SNAP

Поле Р (Preamble) - преамбула имеет длину 7 байтов и значение -10101010₂ для каждого байта. С ее помощью выполняется синхрони­зация кадров в сети.

Поле SFD (Start of Frame Delimiter) - начальный ограничитель кадра длиной 1 байт. Его значение 10101011₂ указывает на то, что следующий байт - это первый байт заголовка кадра уровня MAC.

Поля DA (Destination Address) и SA (Source Address) длиной 6 байт содержат адреса соответственно получателя и отправителя.

Поле L (Length) - двухбайтовое поле, которое указывает длину кадра, исключая длины полей P. SFD, DA, SA, L и FCS.

Поля DSAP (Destination Service Access Point - адрес точки доступа службы получателя) и SSAP (Source Service Access Point - адрес точки доступа службы отправителя) имеют длину 1 байт и предназначены для того, чтобы указать, какие протоколы высших уровней передают и получают данные с помощью этого кадра. Для идентификации протоколов высших уровней вводят так называемые точки доступа службы (Service Access Point, SAP). Например, для протокола IP значение SAP равно 6.

Поле Con (Control) имеет длину 1 байт и зависит от того, какой режим управления логическим каналом уровня LLC реализуется в процессе передачи данных.

Поле OUI имеет длину 3 байта и содержит идентификатор органи­зации, которая контролирует коды протоколов, указанных в поле Т. Например, дтя организации IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers - Институт инженеров по электротехнике и электронике) значение данного поля равно 0.

Поле Т (Туре) имеет длину 2 байта и предназначено дтя тех же це­лей, что и поля DSAP и SSAP - указание вышестоящего протокола.

Поле Data - поле данных длиной от 0 до 1492 байт. Если длина поля данных менее 38 байт, то оно дополняется до минимально допу­стимых 38 байт, что позволяет канальному уровню выявлять конфлик­ты в сети. Если длина поля данных достаточная, то поле не дополняет­ся.

Поле FCS (Frame Check Sequence) длиной 4 байта содержит кон­трольную сумму, вычисленную для всего кадра по алгоритму CRC32. По значению FCS получатель кадра сможет определить, были ли дан­ные кадра искажены в процессе его передачи.

Спецификации Ethernet

Технология Ethernet определяет большое количество специфика­ций, которые описывают используемые при построении сети тополо­гию, физическую среду и скорость передачи данных.

В зависимости от скорости передачи данных существует несколь­ко вариантов технологии:

• Ethernet - К) Мбит/с;

• Fast Ethernet - 100 Мбит/с;

• Gigabit Ethernet - 1 Гбит/с;

Ethernet lOBase-5

l()Base-5 - исторически первая спецификация Ethernet для постро­ения сетей на основе толстого коаксиального кабеля с топологией об­щая шина. Обозначение l()Base-5 говорит о том, что скорость передачи данных составляет 10 Мбит/с, а максимальная длина сегмента - 500 м. Слово Base указывает на то, что передаваемый сигнал не модулирует­ся, т.е. передается на базовой частоте.

На концах коаксиального кабеля устанавливаются терминаторы (рис. 6.2, а). Бет терминаторов сигнал отражается от концов кабеля и искажается так, что передача данных по сети становится невозможной. Участок сети между двумя терминаторами называют сегментом. Сег­менты могут соединяться с помощью повторителей. Общая длина сети не должна превышать 2,5 км (5 сегментов, 4 повторителя). Один из сегментов обязательно должен быть заземлен. Для заземления исполь­зуется терминатор с цепочкой и контактом на ее конце (рис. 6.2, б).

Для подключения компьютеров к коаксиальному кабелю исполь­зуются траненверы (Medium Attachment Unit - устройство присоеди­нения к среде. MAU) (рис. 6.3), которые устанавливаются на коакси­альном кабеле не ближе 2,5 м друг от друга. Трансивер соединяет с сетевым адаптером компьютера через трансивериый кабель AUI (At­tachment Unit Interface) с разъемами DB-15 на концах. Длина транси-верного кабеля не менее 2 м и не более 50 м. Трансиверы подключают­ся к коаксиальному кабелю при помощи разъемов, имеющих название «вампиры» (это из-за того, что при подключении разъем прокалывает кабель до центральной жилы).

Ethernet 10Base-2

l()Base-2 - спецификация Ethernet для построения сетей на основе тонкого коаксиального кабеля с топологией общая шина. Она появи­лась как альтернатива по стоимости спецификации l()Base-5. Сетевой адаптер компьютера подключается к коаксиатьному кабелю с помо­щью разъема BNC-T (рис. 6.4). На рис. 6.5 изображена схема подклю­чения сетевого адаптера к разъему BNC-T, на концах которого могут быть подключены либо коаксиальный кабель, либо терминатор.

Максимальное число компьютеров в сегменте - 30. а минимальное расстояние между ними - 0,5 м. Допустимая максимальная длина сег­мента 185 м. Сегменты могут соединяться с помощью повторителей. Общая длина сети не должна превышать 925 м (5 сегментов, 4 повто­рителя). Один из сегментов обязательно должен быть заземлен.

_Шппшшш

_{3 ж}

_\

Разъем BNC

Ethernet JOBase-T

Рис. 6.5. Схема подключения разъема BNC-T

Терминатор

Сегевой адаптер		Разъем BNC-T
1 ® ШШ ® 1

l()Base-T- спецификация Ethernet для построения сетей на основе витой пары с топологией пассивная звезда. Дтя подключения компью­тера к концентратору используется незащищенная витая пара (UTP) категории Cat.3, длиной не более 100 м. Дтя связи используются две пары - одна на прием данных, а вторая дтя передачи. Витая пара под­ключается к компьютеру и концентратору с помощью разъема RJ-45. Количество компьютеров в сети не должно превышать 1024, а концен­траторов между любыми двумя компьютерами - четырех. Участок сети, охватывающий концентратор со всеми подключенными к нему компьютерами, называют сегментом.

Несколько концентраторов могут объединяться между собой, при этом сеть приобретает топологию типа дерево.

Ethernet 10Base-FL

l()Base-FL - это спецификация Ethernet для построения сетей на основе оптоволоконного кабеля с топологией пассивная звезда. Для подключения компьютеров к оптоволоконному кабелю используются оптоволоконные грансиверы (Fiber Optic MAU. FOMAU), которые соединяются с сетевым адаптером компьютера с помощью трансивер-ного кабеля AUI длиной не более 25 м.

Для связи концентратора с трансивером используются два оптово­локонных кабеля длиной не более 2 км - один на прием данных, а вто­рой для передачи. Оптоволоконные кабели подключаются к траисиве-ру и концентратору с помощью разъемов типа SC или ST. Длина сети между любыми двумя трансиверами не должна превышать 2,5 км, а концентраторов - четырех.

Как и в случае 10Base-T, несколько концентраторов могут объеди­няться между собой для получения топологии типа дерево.

Fast Ethernet 100Base-TX

Спецификация l(X)Base-TX определяет сеть на основе витой пары с топологией пассивная звезда. Для подключения компьютера к кон­центратору/коммутатору используется незащищенная витая пара (UTP) или защищенная витая пара (STP) категории Cat.5, длиной не более 100 м. Для связи используются две пары - одна пара для переда­чи данных, другая - для приема. Витая пара подключается к компью­теру и концентратору/коммутатору с помощью разъема R.M5.

Fast Ethernet 100Base-T4

Спецификация l(X)Base-T4 определяет сеть на основе витой пары с топологией пассивная звезда. Для подключения компьютера к концен­тратору/коммутатору используется незащищенная витая пара (UTP) категории Cat.3, длиной не более 100 м. Передача данных осуществля­ется в полудуплексном режиме с использованием четырех пар. Три на­ры используются для передачи. Одна пара используется для выявления конфликтов. Витая пара подключается к компьютеру и концентрато­ру/коммутатору с помощью разъема RJ-45.

Fast Ethernet 100Base-FX

Спецификация 100Base-FX предусматривает построение сети на основе многомодового оптоволоконного кабеля (MMF). Здесь исполь­зуется топология пассивная звезда с подключением компьютеров к концентратору с помощью двух разнонаправленных оптоволоконных кабелей - один на прием данных, а второй для передачи. Оптоволо­конные кабели подключаются к компьютеру и концентратору с помо­щью оптического разъема типа SC.

При дуплексной связи максимальное расстояние между компью­тером и концентратором - 2 км, а при полудуплексной - 412 м.

Gigabit Ethernet 1000Base-T

Спецификация 1000Base-T предписывает построение сети на ос­нове витой пары категории Cat.5 и выше. Здесь используется тополо­гия пассивная звезда, с применением концентратора. Для расширения сети применяются коммутаторы. Максимальное расстояние между компьютером и концентратором - 100 м. Данные передаются по четы­рем парам проводов - две на прием данных и две для передачи.

Gigabit Ethernet 1000Base-X

1000Base-X - )то общее обозначение спецификаций l(KK)Base-SX. l()(K)Base-LX и 1 (XX)Base-CX. Все зги спецификации использует топо­логию пассивная звезда, с применением концентратора. Дпя расшире­ния сети применяются коммутаторы.

Спецификация l()(X)Base-SX (S обозначает Short Wavelength - ко­роткая волна) предусматривает использование коротковолнового лазе­ра (850 нм), который обеспечивает передачи на расстояния до 550 м по многомодовому оптоволоконному кабелю (MMF).

Спецификация l(X)()Base-LX (L обозначает Long Wavelength -длинная волна) предусматривает использование длинноволнового ла­зера (1300 нм), который обеспечивает передачи на расстояния до 550 м по многомодовому оптоволоконному кабелю (MMF) и до 5 км по од-номодовому (SMF).

Спецификация l()(X)Base-CX для короткого твинаксиальный кабе­ля (до 25 м) с волновым сопротивлением 150 Ом. Твинаксиальный ка­бель (Twinaxial cable, TWC) - Электрический кабель, аналогичный ко­аксиальному кабелю, но с двумя параллельными проводниками вместо одного.