Диплом / материал с интернета / езернет

Ethernet ([ˈiːθərˌnɛt] от англ. ether [ˈiːθər] «эфир») — семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 1990-х годов, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet и Token ring.

Одним из важнейших параметров сети, от которого непосредственно зависит ее производительность, является стандарт. За все время существования локальных сетей их накопилось достаточно много, поэтому вы сможете выбрать для себя подходящий.

Представьте себе, из какого количества разнообразных компонентов состоит локальная сеть. Во-первых, компьютер и сетевая операционная система; во-вторых, сетевая карта; в-третьих, концентраторы, маршрутизаторы и т. п.; в-четвертых, программное обеспечение, работающее с сетевой картой, и т. д. Требования ко всем этим компонентам разнообразны, кроме того, их выпускают разные производители, поэтому без согласованности трудно достичь приемлемого результата. Для этого и существует стандарт.

Разработкой стандартов занимаются крупные организации и комитеты, перечисленные ниже.

• Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization, IOS1) - учреждение, состоящее из ведущих организаций разных стран, которые занимаются разработками стандартов.

• Международный союз электросвязи (International Telecommunications i Union, ITU) - постоянно действующая организация, выпустившая много разнообразных стандартов, в основном телекоммуникационных.

• Институт инженеров электротехники и радиоэлектроники (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) - крупнейшая организация, которая занимается определением сетевых стандартов.

• Ассоциация производителей компьютеров и оргтехники (Computer and Business Equipment Manufacturers Association, CBEMA) - организация производителей аппаратного обеспечения США, которая занимается раз работкой стандартов по обработке информации.

• Американский национальный институт стандартов (American National Standards Institute, ANSI) - организация, занимающаяся разработкой стандартов (начиная с сетевых и заканчивая стандартами языков программирования), в том числе и в составе ISO.

Ниже описаны некоторые сетевые стандарты, разработанные IEEE для проводных (кабельных) сетей.

ETHERNET 10BASE-2

Данная реализация сети относится к топологии "общая шина" и работает на скорости 10 Мбит/с. Для создания сети используется тонкий (0,25 см) коаксиальный кабель, поэтому часто можно услышать название "тонкая Ethernet" или "тонкий коаксиал". Сети, построенные в соответствии со стандартом Ethernet 10Base-2, характеризуются простотой и низкой стоимостью. Это позволяет использовать их в качестве стартовой площадки для домашней или офисной сети. Коаксиальный кабель прокладывают по ходу расположения компьютеров. Чтобы заглушить конечный сигнал (избавиться от ухода его в никуда), применяют терминаторы, которые устанавливают на обоих концах центрального кабеля. Для подключения кабеля к сетевой карте в него врезают Т-коннектор, который одним концом соединяется с ВКС-коннектором на ее выходе, а два других служат для соединения центрального кабеля. Максимальная длина одного сегмента кабеля не должна превышать 185 м1. Увеличить длину сегмента примерно до 925 м позволяют концентраторы (репитеры), усиливающие передаваемый сигнал. При этом существуют следующие ограничения:

• не более 5 сегментов;

• не более 4 репитеров между любыми двумя точками;

• не более 3 используемых сегментов.

Среди пользователей это правило получило название "5-4-3". Кроме того, нельзя забывать следующие ограничения:

• не более 30 сетевых подключений на сегменте без репитера;

• не менее 50 см между двумя сетевыми точками. Также учтите, что чем больше будет подключено сетевых устройств, тем медленнее будет работать сеть. рассмотрены основные достоинства и недостатки Ethernet 10Base-2

• Преимущества

Дешевая в построении сеть.

• Недостатки

Ограничения в длине сегмента, количестве компьютеров и активного оборудования.

Стандарты проводной сети Ethernet

• Преимущества

Хорошо подходит для организации сети с небольшим количеством компьютеров;

Легкая расширяемость сети;

• Недостатки

При образовании колец из кабеля возникают наводки и помехи сигнала;

В случае повреждения центрального кабеля перестает функционировать вся сеть;

Снижение скорости передачи данных при большом количестве компьютеров;

Максимальная теоретическая скорость передачи составляет всего 10 Мбит/с;

ETHERNET 1OBASE-5

Данная реализация сети относится к топологии "общая шина" и работает на скорости 10 Мбит/с. Для создания сети используют толстый (0,5 см) коаксиальный кабель, поэтому этот стандарт иногда называют "толстый Ethernet" или "толстый коаксиал". Как и в случае с Ethernet 10Base-2, данный стандарт является достаточно дешевой альтернативой хорошей сети. Его основные преимущества перед Ethernet 10Base-2 - увеличенная длина сегмента, большее количество рабочих станций, а также большая устойчивость к помехам. Общая протяженность сети может составлять 2,5 км при условии использования пяти репитеров. Основные ограничения:

• не более 5 сегментов;

• не более 4 репитеров между любыми двумя точками;

• не более 3 используемых сегментов;

• не более 100 сетевых подключений на сегменте без репитера;

• не менее 2,5 м между двумя сетевыми точками. Для того чтобы компьютер можно было подключить к сети, необходимо, кроме сетевой карты, иметь еще и специальное устройство, называемое трансивером. Его подключают непосредственно к сетевой карте, которая должна обладать разъемом АШ. При этом длина кабеля между ресивером и сетевой картой может достигать 50 м, что облегчает возможную перестановку компьютера в другое место.

• Преимущества

Устойчивый к помехам сигнал;

Легкая расширяемость сети;

Большая длина сегмента;

• Недостатки

Дорогая в построении;

В случае повреждения центрального кабеля перестает функционировать вся сеть;

Снижение скорости передачи данных при большом количестве компьютеров;

Максимальная теоретическая скорость передачи составляет всего 10 Мбит/с;

Необходимо дополнительное устройство - трансивер;

ETHERNET 10BASE-T

Ethernet 10Base-T относится к топологии "звезда" и работает на скорости ^10 Мбит/с. Для создания сети используют неэкранированную телефонную связь

Имея преимущество сети топологии "звезда", данный тип все же встречается редко из-за использования телефонного кабеля, чувствительного к наводкам. Максимальная длина сегмента сети, которая построена на стандарте Ethernet 10Base-T, - 100 ^(сказывается отсутствие экрана провода), хотя, как и в случае с Ethernet 10Base-2, существуют репитеры, удлиняющие сегменты. В отличие от сетей стандарта Ethernet 10Base-2, сети Ethernet 10Base-T имеют меньшую устойчивость к помехам, зато они более гибкие и позволяют легче локализовать неисправность.

Преимущества и недостатки Ethernet 10Base-T

• Преимущества

Дешевая в построении сеть;

Хорошо подходит для организации сети из любого количества компьютеров;

Легкая расширяемость сети;

Достаточная защищенность;

Простая локализация неисправности;

В случае повреждения центрального кабеля выходит из строя только один сегмент сети;

• Недостатки

Ограничения в длине сегмента;

Выход из строя центрального концентратора приводит к сбою всей сети;

Ethernet 10Base-F относится к топологии "звезда" и работает на скорости 10 Мбит/с. Для создания сети используют волоконно-оптический кабель, данные по которому передаются на частоте 500-800 МГц. Поскольку для монтажа используют оптоволокно, такая сеть обладает максимальной защищенностью от электрических и электромагнитных наводок. Это гарантирует хороший сигнал на всей протяженности сегмента. Кроме того, длина сегмента в данном случае намного больше, чем у рассмотренных выше вариантов - до 2 км.

Сеть с применением этого стандарта достаточно часто используется для соединения между собой отдельно стоящих зданий.

• Преимущества

Количество компьютеров не ограничено;

Легкая расширяемость сети;

Максимальная защищенность;

Простая локализация неисправности;

В случае повреждения центрального кабеля выходит из строя только один сегмент сети;

• Недостатки

Дорогая в построении сеть.

Сеть стандарта Fast Ethernet 100Base-TX - "старший брат" сети, использующей стандарт Ethernet 10Base-T. Данный стандарт также подразумевает использование топологии "звезда". Основное его отличие от своего "собрата" - скорость передачи данных. Здесь она составляет 100 Мбит/с, что в 10 раз больше, чем у стандарта Ethernet 10Base-T. Аналогично Ethernet 10Base-T сеть стандарта Fast Ethernet 100Base-TX строится на основе кабеля "витая пара", однако с использованием отдельных пар проводов для передачи и приема данных. При этом применяют как неэкранированные, так и экранированные провода, на которые накладывается ограничение - они должны быть скручены по всей длине, кроме концов (1-1,5 см), к которым присоединяют коннекторы. Как и в Ethernet 10Base-T, длина сегмента не должна превышать 100 м.

Основные достоинства и недостатки Fast Ethernet 100Base-TX.

• Преимущества

Повышенная скорость передачи данных (100Мбит/с) ;

Достаточно дешевая в построении сеть;

Хорошо подходит для организации сети из любого количества компьютеров;

Легкая расширяемость сети;

Достаточная защищенность;

Легкая локализация неисправности;

В случае повреждения центрального кабеля выходит из строя только один сегмент сети.

• Недостатки

Ограничения в длине сегмента (до 100 м) ;

Ограничения в количестве компьютеров (до 1024) ;

Выход из строя центрального концентратора приводит к выходу из строя всей сети.

Основное преимущество оптоволоконных сетей - длина сегмента, которая в зависимости от режима передачи данных и оптоволоконного разъема составляет JOT_41 2 м (полудуплексный режим) до 2 км (дуплексный режим). Кроме увеличенной до 100 Мбит/с скорости передачи данных, все остальные характеристики остались без существенных изменений. Максимальное количество подключаемых рабочих станций - 1024.

GIGABIT ETHERNET

Существует несколько стандартов, которые входят в состав Gigabit Ethernet. В частности, стандарт 1000Base-T подразумевает использование кабеля, на основе витой пары 5-й категории. При этом используются все четыре пары проводников. Максимальная длина сегмента составляет 100 м. Существуют также стандарты, например 1000Base-LX, которые в качестве кабельной системы используют оптоволокно. В этом случае максимальная длина сегмента может составлять 5 км для одномодового кабеля и 550 м для многомодового.

10 GIGABIT ETHERNET

На сегодняшний день стандарты 10 Gigabit Ethernet (10GBase-X, 10GBase-R и 10GBase-W) являются самыми перспективными и позволяют построить наиболее производительную сеть. Для этих целей используется оптоволоконный кабель. Максимальная длина сегмента может составлять 40 км. Чтобы достичь таких результатов, используется высокая частота передачи сигнала и длина волны лазера.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРОВОДНОЙ СЕТИ

Рассмотрев достаточно много сетевых стандартов, которые находят свое применение в случае использования той или иной сетевой топологии, можно составить список основных преимуществ и недостатков проводной сети. Данная информация вам обязательно пригодится и позволит сравнить проводной и беспроводной варианты, что, в свою очередь, окончательно поможет вам определиться с выбором типа будущей сети. Итак, начнем. Преимуществ у проводной сети достаточно много.

• Высокая производительность. Как вы уже знаете, существуют стандарты, которые позволяют передавать данные в сети со скоростью более 100 Мбит/с. Как показывает практика, этой скорости вполне хватает для комфортной работы достаточно большой сети с несколькими серверами. Кроме того, в любой момент можно перейти и на более быстрый стандарт, просто поменяв имеющееся оборудование на более скоростное.

• Практически неограниченная расширяемость сети. Запаса по количеству подключаемого оборудования хватает для сети любого объема.

• Возможность обслуживания сегментов сети с разными топологиями. Этот факт очень важен, поскольку позволяет соединить воедино сети с разными топологиями. Для этого вам всего-навсего потребуется иметь соответствующий мост или маршрутизатор. При этом можно организовывать виртуальные сети с четко ограниченными наборами прав доступа и т. п.

• Широкие возможности настройки сетевого окружения (DNS, DHCP, шлюзы, домены, рабочие группы и т. д.)

• Защищенность сети. Проводная сеть является достаточно защищенной средой, поскольку для того, чтобы к ней подключиться, злоумышленнику придется либо получить доступ к концентратору, либо каким-то образом про извести врезку в существующую сетевую магистраль или кабель.

• Несложная локализация неисправности (в случае использования топологии "звезда").

• Возможность выбора среди стандартов сети оптимального показателя "качество/цена".

• Возможность высокоскоростного доступа в Интернет.

Из недостатков можно отметить следующие:

• При большом количестве компьютеров дорогая в создании. Особенно этот факт заметен, если приходится прокладывать сеть по всем правилам. В этом случае вам необходимо подключать новый компьютер, используя для этого достаточной длины кабель, который зачастую необходимо прокладывать в коробах с возможными переходами между этажами. В случае невозможности подключения к существующей системе приходится покупать дополнительное активное оборудование.

• Сложность добавления нового рабочего места в случае использования топологии "звезда".

• Необходимо знание основ прокладки кабеля и обжима коннекторов.

• Требуется четкая организация рабочих мест.

• Очень плохая мобильность сетевых устройств.

• В случае создания домашней сети требуется разрешение на проводку кабельной системы.

ТЕХНОЛОГИЯ

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:

• возможность работы в дуплексном режиме;

• низкая стоимость кабеля «витой пары»;

• более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле (соединение точка-точка (при соединении более 2 компьютеров требуется концентратор или коммутатор, которые обеспечивают работу остальной части сети): обрыв кабеля лишает связи два узла. В коаксиале используется топология «шина», обрыв кабеля разбивает сегмент на 2 половины), и обе половины не работают из-за отсутствия нагрузочных резисторов (терминаторов) (они должны быть на обоих концах кабеля), хотя применение концентраторов или коммутаторов на коаксиале полностью решало эту проблему;

• минимально допустимый радиус изгиба меньше;

• большая помехоустойчивость из-за использования дифференциального сигнала;

• возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);

• гальваническая развязка трансформаторного типа. В условиях СНГ, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 64 до 1518 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптическому волокну и ещё через два года для передачи по витой паре.

Формат кадра

Существует несколько форматов Ethernet-кадра.

• Первоначальный Version I (больше не применяется).

• Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом Интернет.

Наиболее распространенный формат кадра Ethernet II

• Novell — внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).

• Кадр IEEE 802.2 LLC.

• Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.

• Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.

В качестве дополнения Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Q для идентификации VLAN, к которой он адресован, и IEEE 802.1p для указания приоритетности.

Краткий обзор всех версий

10 Мбит/с Ethernet

10BASE5, IEEE 802.3 (называемый также «Толстый Ethernet») — первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель, с волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 метров.

10BASE2, IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet») — используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 200 метров, компьютеры присоединялись один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.

StarLAN 10 — Первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с. В дальнейшем, эволюционировал в стандарт 10BASE-T.

10BASE-T, IEEE 802.3i — для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров.

FOIRL — (акроним от англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базовый стандарт для технологии Ethernet, использующий для передачи данных оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без повторителя 1км.

10BASE-FL (Fiber Link) — Улучшенная версия стандарта FOIRL. Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.

10BASE-FB (Fiber Backbone) — Сейчас неиспользуемый стандарт, предназначался для объединения повторителей в магистраль.

10BASE-FP (Fiber Passive)- Топология «пассивная звезда», в которой не нужны повторители — никогда не применялся.

10 Мбит/с Ethernet (Thick ethernet)	Стандарт	Год выхода стандарта	Тип	Скорость передачи (Мbps)	Максимальная длина сегмента в метрах	Тип кабеля
	IEEE 802.3	1983	10Base5	10	500 м	коаксиальный
	IEEE 802.3а	1985	10Base2	10	185 м
	IEEE 802.3b	1985	10Broad36	10	3600 м
	IEEE 802.3e	1987	1Base5	1	250 м	UTP
	IEEE 802.3e	1987	StarLan 10	10	250 м	UTP
	IEEE 802.3d	1987	FOIRL	10	1000	оптоволоконный
	IEEE 802.3i	1990	10Base-Т	10	100 м	UTP cat 3,5
	IEEE 802.3j	1993	10Base-F	10	2км	оптоволоконный

Fast Ethernet — общее название для набора стандартов передачи данных в компьютерных сетях по технологии Ethernet со скоростью до 100 Мбит/с, в отличие от исходных 10 Мбит/с.

100BASE-T — Общий термин для обозначения одного из трёх стандартов 100 Мбит/с ethernet, использующий в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 200-250 метров. Включает в себя 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u — Развитие технологии 10BASE-T, используется топология звезда, задействован кабель витая пара категории-5, в котором фактически используются 2 пары проводников, максимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с.

100BASE-T4 — 100 MБит/с ethernet по кабелю категории-3. Задействованы все 4 пары. Сейчас практически не используется. Передача данных идёт в полудуплексном режиме.

100BASE-T2 — Не используется. 100 Mбит/с ethernet через кабель категории-3. Используется только 2 пары. Поддерживается полнодуплексный режим передачи, когда сигналы распространяются в противоположных направления по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Mбит/с.

100BASE-FX — 100 Мбит/с ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексном режиме (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическому волокну и до 32 километров по одномодовому.

100 Мбит/с Ethernet (Fast Ethernet)	Стандарт	Год выхода стандарта	Тип	Скорость передачи (Мbps)	Максимальная длина сегмента в метрах	Тип кабеля
	IEEE 802.3u	1995	100Base-FX	100	Одномод — 2 км Многомод — 400 м	оптоволоконный
			100Base-Т	100	100 м	UTP/STP cat 5
			100Base-Т4	100	100 м	UTP/STP cat >= 3
			100Base-ТХ	100	100 м	UTP/STP cat 5
	IEEE 802.12	1995	100Base‑VG	100	100 м	UTP cat 3,5
	IEEE 802.3y	1998	100Base-Т2	100	100 м	UTP cat 3,5
	TIA/EIA-785	2001	100Base-SX	100	300 м	оптоволоконный
	IEEE 802.3ah	2004	100Base-LX10	100	10 км
	IEEE 802.3ah	2004	100Base-BX10	100	10 км

Gigabit Ethernet (GbE) — термин, описывающий набор технологий для передачи пакетов Ethernet со скоростью 1 Гбит / с. Он определен в документе IEEE 802.3-2005.

1000BASE-T, IEEE 802.3ab — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с. Используется витая пара категории 5e или категории 6. В передаче данных участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре.

1000BASE-TX, — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с, использующий только витую пару категории 6. Практически не используется.

1000Base-X — общий термин для обозначения технологии Гигабит Ethernet, использующей в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель, включает в себя 1000BASE-SX, 1000BASE-LX и 1000BASE-CX.

1000BASE-SX, IEEE 802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.

1000BASE-LX, IEEE 802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров. Оптимизирована для дальних расстояний, при использовании одномодового волокна (до 10 километров).

1000BASE-CX — Технология Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 25 метров), используется специальный медный кабель (Экранированная витая пара (STP)) с волновым сопротивлением 150 Ом. Заменён стандартом 1000BASE-T, и сейчас не используется.

1000BASE-LH (Long Haul) — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует одномодовый оптический кабель, дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.