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.

46-1500

0-1492

р

SFD

DA

SA

L

DSAP

SNAP

Con

001

Т

Data '

FCS

Заголовок

MAC

Заголовок LLC

Заголовок SNAP

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 прото-

колов 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.

Рис. 6.4. Разъем BNC-T

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.