Формати на Ethernet рамки. Разработване на интегрирана мрежа за достъп, базирана на Ethernet и Wi-Fi технологии

ETHERNET ТЕХНОЛОГИЯ

Ethernet е най-широко използваният стандарт за локална мрежа днес.

Когато казват Ethernet, това обикновено означава някой от вариантите на тази технология. В по-тесен смисъл, Ethernet е мрежов стандарт, базиран на експерименталната Ethernet мрежа, която Xerox разработи и внедри през 1975 г. Методът за достъп е тестван още по-рано: през втората половина на 60-те години радиомрежата на Хавайския университет използва различни опции за произволен достъп до обща радиосреда, общо наречена Aloha. През 1980 г. DEC, Intel и Xerox съвместно разработиха и публикуваха стандарта Ethernet версия II за коаксиална кабелна мрежа, който стана последна версиясобствен Ethernet стандарт. Следователно, собствената версия на Ethernet стандарта се нарича Ethernet DIX стандарт или Ethernet P.

Въз основа на стандарта Ethernet DIX е разработен стандартът IEEE 802.3, който до голяма степен е същият като своя предшественик, но все още има някои разлики. Докато стандартът IEEE 802.3 прави разлика между слоевете MAC и LLC, оригиналният Ethernet комбинира и двата слоя в един слой за връзка. Ethernet DIX дефинира протокол за тест за Ethernet конфигурация, който не присъства в IEEE 802.3. Форматът на рамката е малко по-различен, въпреки че минималните и максималните размери на рамката в тези стандарти са еднакви. Често, за да се направи разлика между Ethernet, дефиниран от стандарта IEEE и собствения Ethernet DIX, първият се нарича 802.3 технология, а собственото име на Ethernet е оставено без допълнителни обозначения.

В зависимост от вида на физическата среда, стандартът IEEE 802.3 има различни модификации - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-FL, 10Base-FB.

Стандартът е приет през 1995 г бърз Ethernet, който в много отношения не е независим стандарт, както се вижда от факта, че описанието му е просто допълнителен раздел към основния стандарт 802.3 - секцията 802.3u. По същия начин, стандартът Gigabit Ethernet от 1998 г. е описан в раздел 802.3z на основния документ.

Манчестърският код се използва за прехвърляне на двоична информация по кабела за всички варианти на физическия слой на Ethernet технологията, които осигуряват пропускателна способност от 10 Mbps.

Всички видове Ethernet стандарти (включително Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) използват един и същ метод за разделяне на медиите, метода CSMA/CD.

Адресиране в Ethernet мрежи

За идентифициране на получателя на информация в Ethernet технологиите се използват 6-байтови MAC адреси.

Форматът на MAC адреса предоставя възможност за използване на специфични режими на адресиране за множествено предаване в Ethernet мрежа и в същото време изключва възможността за възникване в рамките на една локална мрежадве станции, които биха имали един и същ адрес.

Физическият адрес на Ethernet мрежа се състои от две части:

• Идентификатор на производителя на оборудване (кодове на доставчици)
• Индивидуален идентификатор на устройство

Специална организация в рамките на IEEE се занимава с разпространението на разрешени кодировки на това поле по искане на производителите на мрежово оборудване. За писане Мак адреси могат да се използват различни форми. Най-често използваната форма е шестнадесетична, в която двойки байтове са разделени един от друг със символи "-":

E0-14-00-00-00

Мрежите Ethernet и IEEE 802.3 използват три основни режима за генериране на адрес на местоназначение:

• Unicast - индивидуален адрес;
• Multicast - мултикаст адрес;
• Broadcast - адрес на излъчване.

Първият режим на адресиране (Unicast) се използва, когато изходната станция адресира изпратения пакет само до един получател на данни.

Признак за използване на режима за адресиране на мултикаст е наличието на 1 в най-малкия бит от високия байт на идентификатора на производителя на оборудването.

C-CC-CC-CC

Рамка, чието съдържание в полето DA принадлежи към типа Multicast, ще бъде получено и обработено от всички станции, които имат съответната стойност в полето Vendor Code - в този случай това са мрежови устройства на Cisco. Посоченият Multicast адрес се използва от мрежовите устройства на тази компания за взаимодействие в съответствие с правилата на Cisco Discovery Protocol (CDP).

Ethernet и IEEE 802.3 станция може също да използва режима на адресиране на излъчване. Адресът на станцията на местоназначение от тип Broadcast е кодиран със специална стойност:

FF-FF-FF-FF-FF-FF

Когато използвате този адрес, предаденият пакет ще бъде получен от всички станции, които са в тази мрежа.

Метод за достъп CSMA/CD

Ethernet мрежите използват метод за достъп до медия, наречен множествен достъп с усещане за носител с откриване на сблъсък (CSMA/CD).

Протоколът CSMA/CD определя естеството на взаимодействието на работните станции в мрежа с единна среда за предаване на данни, обща за всички устройства. Всички станции имат равни условия за предаване на данни. Няма конкретна последователност, в която станциите да имат достъп до средата за предаване. В този смисъл се осъществява произволен достъп до средата. Внедряването на алгоритми за произволен достъп изглежда е много по-проста задача от изпълнението на детерминирани алгоритми за достъп. Тъй като в последния случай се изисква или специален протокол, който контролира работата на всички мрежови устройства (например протокола за циркулация на токен, присъщ на мрежите Token Ring и FDDI), или специално специално устройство - главен хъб, който в определена последователност ще осигури на всички други станции възможност за предаване (мрежи на Arcnet, 100VG AnyLAN).

Въпреки това, мрежата с произволен достъп има един, може би, основен недостатък - това не е доста стабилна работа на мрежата при голямо натоварване, когато може да мине достатъчно дълго време, преди дадена станция да може да предаде данни. Това се дължи на сблъсъци, които възникват между станции, които са започнали предаването по едно и също време или почти по едно и също време. Когато възникне сблъсък, предадените данни не достигат до получателите, а предавателните станции трябва да препредават - методите на кодиране, използвани в Ethernet, не позволяват сигналите на всяка станция да бъдат разграничени от общия сигнал. (З Имайте предвид, че този факт е отразен в компонента „Base(band)“, присъстващ в имената на всички физически протоколи на Ethernet технологията (например 10Base-2, 10Base-T и т.н.). Мрежа с базова лента означава мрежа с основна лента, в която съобщенията се изпращат в цифров вид по един канал, без честотно разделение.)

Сблъсъкът е нормална ситуация в Ethernet мрежите. За да се случи сблъсък, не е необходимо няколко станции да започнат да предават по едно и също време, подобна ситуация е малко вероятна. Много по-вероятно е сблъсъкът да възникне поради факта, че единият възел започва предаване преди другия, но сигналите на първия просто нямат време да достигнат до втория възел до момента, в който вторият възел реши да започне да предава своя кадър . Тоест сблъсъците са следствие от разпределения характер на мрежата.

Съвкупността от всички станции в мрежата, едновременното предаване на която и да е двойка води до сблъсък, се нарича домейн на сблъсък (коллизионен домейн) или домейн на сблъсък.

Сблъсъците могат да причинят непредвидими забавяния в разпространението на кадри по мрежата, особено когато мрежата е силно претоварена (много станции се опитват да предават едновременно в рамките на домейна на сблъсък, > 20-25) и с голям диаметър на домейна на сблъсък (> 2 km) . Ето защо при изграждането на мрежи е желателно да се избягват подобни екстремни режими на работа.

Проблемът за изграждане на протокол, способен да разрешава сблъсъците по най-оптималния начин и да оптимизира работата на мрежата при високи натоварвания, беше един от ключовите на етапа на формирането на стандарта. Първоначално като кандидати за реализация на алгоритъма за произволен достъп до средата бяха разглеждани три основни подхода: непостоянен, 1-константен и p-константен (фиг. 11.2).

Фигура 11.2. Алгоритми за множествен произволен достъп (CSMA) и отмяна на сблъсък

Непостоянен (непостоянен) алгоритъм.В този алгоритъм станция, която желае да предава, се ръководи от следните правила.

1. Слуша носителя и ако носителят е свободен (т.е. ако няма друго предаване или няма сигнал за сблъсък) предава, в противен случай - средата е заета - преминете към стъпка 2;

2. Ако средата е заета, изчакайте произволно (според определена крива на разпределението на вероятностите) време и се върнете към стъпка 1.

Използването на произволна стойност за изчакване, когато средата е заета, намалява вероятността от сблъсъци. Наистина, да предположим в противен случай, че две станции ще предават почти едновременно, докато третата вече предава. Ако първите две не са имали произволно време за изчакване преди началото на предаването (в случай, че носителят се окаже зает), а само слушаха носителя и чакаха да се освободи, то след прекратяване на предаването на третата станция от третата станция, първите две ще започнат да предават едновременно, което неизбежно би довело до сблъсъци. По този начин, произволното изчакване елиминира възможността за такива сблъсъци. Неудобството на този метод обаче се проявява в неефективното използване на честотната лента на канала. Тъй като може да се случи, че до момента, в който носителят бъде освободен, станцията, която желае да предава, все още ще продължи да чака известно време, преди да реши да слуша носителя, тъй като тя вече е слушала носителя преди това, което се оказа зает. В резултат на това каналът ще бъде неактивен за известно време, дори ако само една станция чака за предаване.

1-постоянен алгоритъм. Алгоритъм с 1 константа може да се използва за намаляване на времето, през което средата е неактивна. В този алгоритъм станция, която желае да предава, се ръководи от следните правила.

1. Слуша носителя и ако носителят не е зает предава, в противен случай преминава към стъпка 2;

2. Ако носителят е зает, продължете да слушате носителя, докато носителят се освободи, и веднага щом носителят е свободен, незабавно започва предаването.

Сравнявайки непостоянните и 1-постоянните алгоритми, може да се каже, че в 1-постоянния алгоритъм станция, която желае да предава, се държи по-„егоистично“. Следователно, ако две или повече станции чакат да предават (изчакайте, докато средата се освободи), може да се каже, че сблъсъкът е гарантиран. След сблъсъка станциите започват да мислят какво да правят по-нататък.

P-постоянен (p-постоянен) алгоритъм.Правилата на този алгоритъм са както следва:

1. Ако средата е свободна, станцията с вероятност стр започва предаването веднага или с вероятност (1- стр ) чака фиксиран времеви интервал T. Интервалът T обикновено се приема за равен на максималното време на разпространение на сигнала от край до край;

2. Ако носителят е зает, станцията продължава да слуша, докато носителят се освободи, след което преминава към стъпка 1;

3. Ако предаването се забави с един интервал T, станцията се връща към стъпка 1.

И тук възниква въпросът за избора на най-ефективната стойност на параметъра стр . Основният проблем е как да се избегне нестабилност при големи натоварвания. Помислете за ситуация, в която н станциите възнамеряват да предават кадри, докато предаването вече е в ход. В края на предаване, очакваният брой станции, които ще се опитат да предадат, ще бъде равен на произведението на броя станции, желаещи да предават, и вероятността за предаване, т.е. np . Ако np > 1, тогава средно няколко станции ще се опитат да предават наведнъж, което ще доведе до сблъсък. Освен това, веднага щом бъде открит сблъсък, всички станции ще се върнат към стъпка 1, което ще предизвика втори сблъсък. В най-лошия случай може да се добавят нови станции, желаещи да предадат н , което допълнително ще влоши ситуацията, което в крайна сметка ще доведе до непрекъснат сблъсък и нулева пропускателна способност. За да се избегне подобна катастрофа, np трябва да е по-малко от едно. Ако мрежата е подложена на възникване на условия, когато много станции желаят да предават едновременно, тогава е необходимо да се намали стр . От друга страна, кога стр стане твърде малък, дори една станция може да чака средно (1- стр )/стр интервали T преди предаване. Така че, ако p=0,1, тогава средното време на престой преди трансфера ще бъде 9T.

Протокол за множествен произволен достъп до медии с разделителна способност CSMA/CD въплъти идеите на горните алгоритми и добави важен елемент - разделителна способност на сблъсък. Тъй като сблъсъкът унищожава всички кадри, предадени в момента на неговото формиране, няма смисъл станциите да продължават по-нататъшното предаване на своите кадри, веднага щом те (станциите) са открили сблъсъци. В противен случай ще има значителна загуба на време при предаване на дълги кадри. Следователно, за да открие навременно сблъсъци, станцията слуша околната среда по време на собственото си предаване. Ето основните правила на CSMA/CD алгоритъма за предавателната станция (фиг. 11.3):

1. Станцията, която предстои да предава, слуша носителя. И предава, ако носителят е свободен. В противен случай (т.е., ако носителят е зает), преминава към стъпка 2. При предаване на няколко кадъра подред станцията поддържа определена пауза между изпращането на кадри - интервалът между кадрите, и след всяка такава пауза, преди да изпрати следващия кадър , станцията отново слуша носителя (връщане към началната стъпка 1);

2. Ако носителят е зает, станцията продължава да слуша носителя, докато носителят се освободи, след което незабавно започва предаването;

3. Всяка предавателна станция се вслушва в околната среда и ако бъде засечена сблъсък, тя не спира незабавно предаването, а първо предава кратък специален сигнал за сблъсък - сигнал за заглушаване, информиращ другите станции за сблъсъка, и спира предаването;

4. След предаване на сигнала за блокиране, станцията затихва и изчаква известно време в съответствие с правилото за двоично експоненциално забавяне и след това се връща към стъпка 1.

За да може да предаде кадър, станцията трябва да гарантира, че споделената среда е безплатна. Това се постига чрез слушане на основния хармоник на сигнала, който се нарича още носеща честота (carrier-sense, CS). Признак за незаета среда е липсата на носеща честота върху нея, която с метода на кодиране на Манчестър е 5-10 MHz, в зависимост от последователността от единици и нули, предавани в момента.

След края на предаването на рамката, всички мрежови възли трябва да поддържат технологична пауза (Inter Packet Gap) от 9,6 μs (96 bt). Тази пауза, наричана още интервал между кадъра, е необходима за привеждане на мрежовите адаптери в първоначалното им състояние, както и за предотвратяване на изключителното улавяне на носителя от една станция.

Фигура 11.3. Блокова схема на алгоритъма CSMA / CD (MAC слой): при предаване на кадър от станция

Jam-сигнал (заглушаване - буквално заглушаване). Предаването на сигнала за блокиране гарантира, че няма загубени кадри, тъй като всички възли, които са предавали кадри преди сблъсъка, след като са получили сигнала за блокиране, ще прекъснат своите предавания и ще замлъкнат в очакване на нов опит за предаване на кадри. Сигналът за заглушаване трябва да бъде достатъчно дълъг, за да достигне до най-отдалечените станции от домейна на сблъсък, като се вземе предвид допълнителното закъснение SF (марж на безопасност) на възможни ретранслатори. Съдържанието на сигнала за блокиране не е критично, освен че не трябва да съвпада със стойността на полето CRC на частично предавания кадър (802.3) и първите 62 бита трябва да представляват редуване на '1' и '0' с начало малко от '1'.

Фигура 11.4. CSMA/CD метод за произволен достъп

Фигура 11.5 илюстрира процеса на откриване на сблъсък, приложен към топология на шината (базирана на тънък или дебел коаксиален кабел (съответно стандарти 10Base5 и 10Base2).

По времето, когато възелът А(DTE А) започва предаване, като естествено слуша собствения си предаван сигнал. В момента, когато рамката е почти достигнала възела Б(DTE Б), този възел, без да знае, че предаването вече е в ход, започва да се предава. В момент, възел Боткрива сблъсък (постоянният компонент на електрическия сигнал в слушащата линия се увеличава). След този възел Бизпраща сигнал за блокиране и спира предаването. В даден момент сигналът за сблъсък достига възела А, тогава Асъщо предава сигнала за блокиране и спира предаването.

Фигура 11.5. Откриване на сблъсък при използване на CSMA/CD схема

Според стандарта IEEE 802.3 възелът не може да изпраща много къси кадри или с други думи да прави много кратки предавания. Дори ако полето за данни не е попълнено до края, тогава се появява специално допълнително поле, разширяващо рамката до минимална дължина от 64 байта, с изключение на преамбюла. Време на канала ST (slot time) е минималното време, през което възелът трябва да предава, заема канала. Това време съответства на предаването на рамка с минимално допустим размер, приет от стандарта. Времето на канала е свързано с максимално допустимото разстояние между мрежовите възли - диаметъра на домейна на сблъсък. Да приемем, че най-лошият сценарий в примера по-горе е, че станциите Аи Бразделени един от друг на максимално разстояние. Време, разпространение на сигнала от Апреди Бозначено с . възел Азапочва да предава в нулев момент. възел Бзапочва да предава в даден момент и открива сблъсък интервал след началото на предаването му. възел Аоткрива сблъсък навреме. Към излъчена рамка А, не е загубен, е необходимо възелът Ане спря да предава до този момент, оттогава, след като откри сблъсък, възелът Аще знае, че неговият кадър не е достигнал, и ще се опита да го предаде отново. В противен случай рамката ще бъде загубена. Максималното време, след което, от момента на започване на предаването, възелът Авсе още може да открие равен сблъсък - това време се извиква PDV двойно време за изпълнение (стойност на забавяне на пътя, PDV). По-общо, PDV дефинира общото забавяне, свързано както със забавянето, дължащо се на крайната дължина на сегментите, така и със забавянето, което възниква при обработка на кадри на физическия слой на междинните повторители и крайните възли на мрежата. За по-нататъшно разглеждане е удобно да се използва и друга мерна единица за време: малко време bt (битово време). Време от 1 bt съответства на времето, необходимо за предаване на един бит, т.е. 0,1 µs при 10 Mbps.

Ясно откриване на сблъсък от всички мрежови станции е необходимо условие правилна работа Ethernet мрежи. Ако някоя предавателна станция не разпознае сблъсъка и реши, че е предала рамката от данни правилно, тогава тази рамка от данни ще бъде загубена. Поради припокриването на сигнали по време на сблъсък, информацията за рамката ще бъде изкривена и ще бъде отхвърлена от приемащата станция (вероятно поради несъответствие на контролната сума). Най-вероятно повредената информация ще бъде препредадена от някакъв протокол на горния слой, като например транспортен или базиран на връзка протокол за приложение. Но повторното предаване на съобщението от протоколите на горния слой ще се случи след много по-дълъг интервал от време (понякога дори след няколко секунди) в сравнение с микросекундните интервали, на които работи Ethernet протоколът. Следователно, ако сблъсъците не се разпознават надеждно от възлите на Ethernet мрежата, това ще доведе до забележимо намаляване на полезната пропускателна способност на тази мрежа.

За надеждно откриване на сблъсък трябва да е изпълнено следното отношение:

Tmin >=PVD,

където T min е времето на предаване на кадър с минимална дължина, а PDV е времето, през което сигналът за сблъсък има време да се разпространи до най-далечния мрежов възел. Тъй като в най-лошия случай сигналът трябва да премине два пъти между най-отдалечените станции на мрежата (неизкривен сигнал преминава в една посока, а сигнал, който вече е изкривен от сблъсъка, се разпространява на връщане), ето защо този път е Наречен двойно време на завъртане (стойност на закъснението на пътя, PDV).

Когато това условие е изпълнено, предаващата станция трябва да има време да открие сблъсъка, причинен от нейния предаван кадър, дори преди да завърши предаването на този кадър.

Очевидно е, че изпълнението на това условие зависи, от една страна, от дължината на минималната рамка и честотната лента на мрежата, а от друга страна, от дължината на мрежовата кабелна система и скоростта на разпространение на сигнала в кабела. (за различни видовекабел, тази скорост е малко по-различна).

Всички параметри на Ethernet протокола са избрани по такъв начин, че по време на нормална работа на мрежовите възли, сблъсъците винаги се разпознават ясно. При избора на параметрите, разбира се, беше взето предвид и горното съотношение, което свързва минималната дължина на рамката и максималното разстояние между станциите в мрежовия сегмент.

В стандарта Ethernet се приема, че минималната дължина на полето за данни на рамката е 46 байта (което, заедно със служебните полета, дава минимална дължина на рамката от 64 байта, а заедно с преамбюла - 72 байта или 576 бита) .

При предаване на големи кадри, например 1500 байта, сблъсък, ако изобщо се случи, се открива почти в самото начало на предаването, не по-късно от първите 64 предадени байта (ако не е възникнал сблъсък в този момент, тогава няма да се случи по-късно, тъй като всички станции слушат по линията и, "чувайки" предаването, ще замълчат). Тъй като сигналът за заглушаване е много по-кратък от пълния размер на кадъра, когато се използва алгоритъма CSMA / CD, количеството на използвания капацитет на празен канал се намалява до времето, необходимо за откриване на сблъсък. Ранното откриване на сблъсък води до по-ефективно използване на канала. Късно откриване на сблъсъци, присъщи на по-дълги мрежи, когато диаметърът на домейна на сблъсък е няколко километра, което намалява ефективността на мрежата. Въз основа на опростен теоретичен модел на поведението на натоварена мрежа (приемайки голям брой едновременно предаващи станции и фиксирана минимална дължина на предаваните кадри за всички станции), производителността на мрежата U може да бъде изразена чрез съотношението PDV/ST:

където е основата на естествения логаритъм. Производителността на мрежата се влияе от размера на кадрите, които се превеждат, и диаметъра на мрежата. Най-лошият случай на производителност (когато PDV=ST) е около 37%, а най-добрият случай (когато PDV е много по-малък от ST) клони към 1. Въпреки че формулата е получена в рамките на голям брой станции, които се опитват да предават едновременно , той не взема предвид особеностите на алгоритъма за съкратено двоично експоненциално забавяне, обсъден по-долу, и не е валиден за мрежа, силно претоварена с колизии, например, когато има повече от 15 станции, желаещи да предават.

Съкратено двоично експоненциално забавяне(съкратено двоично експоненциално отстъпване). Алгоритъмът CSMA/CD, приет в стандарта IEEE 802.3, е най-близък до алгоритъма с 1 константа, но се различава допълнителен елемент- съкратено двоично експоненциално забавяне. Когато възникне сблъсък, станцията отчита колко пъти подред се случва сблъсък при изпращане на пакет. Тъй като повтарящите се сблъсъци показват голямо натоварване на околната среда, MAC възелът се опитва да увеличи забавянето между повторните опити на рамката. Съответната процедура за увеличаване на интервалите от време се подчинява на правилото съкратено двоично експоненциално забавяне.

Избира се произволна пауза съгласно следния алгоритъм:

Пауза \u003d Lx (интервал на забавяне),

където (интервал на отмяна) = 512 битови интервали (51,2 μs);

L е цяло число, избрано с еднаква вероятност от диапазона , където N е номера на повторния опит на дадения кадър: 1,2,..., 10.

След 10-ия опит интервалът, от който се избира паузата, не се увеличава. По този начин произволната пауза може да приеме стойности от 0 до 52,4 ms.

Ако 16 последователни опита за предаване на кадър предизвикат сблъсък, тогава предавателят ТРЯБВА да спре опитите и да изхвърли кадъра.

Алгоритъмът CSMA/CD, използващ съкратено двоично експоненциално забавяне, е признат за най-добрия сред много алгоритми за произволен достъп и гарантира ефективна работа на мрежата както при ниски, така и при средни натоварвания. При големи изтегляния трябва да се отбележат два недостатъка. Първо, с голям брой сблъсъци, станция 1, която е на път да изпрати кадър за първи път (тя не се е опитвала да предаде кадри преди), има предимство пред станция 2, която вече неуспешно се е опитала да предаде кадър няколко пъти, блъскайки се в сблъсъци. Тъй като станция 2 изчаква значително време преди последващи опити в съответствие с правилото за двоично експоненциално забавяне. По този начин може да се наблюдава неравномерност на рамката, което е нежелателно за приложения, зависими от времето. Второ, при голямо натоварване ефективността на мрежата като цяло намалява. Оценките показват, че при едновременно предаване на 25 станции общата честотна лента се намалява с около 2 пъти. Но броят на станциите в домейна на сблъсък може да бъде по-голям, тъй като не всички от тях ще имат достъп до средата по едно и също време.

Приемане на кадър (фиг.11.6)

Фигура 11.6. Блокова схема на алгоритъма CSMA / CD (MAC слой): когато станцията получава кадър

Приемащата станция или друго мрежово устройство, като хъб или комутатор, първо се синхронизира в преамбюла и след това преобразува Манчестърския код в двоична форма (на физическия слой). След това двоичният поток се обработва.

На слоя MAC останалите битове от преамбюла се изчистват и станцията чете адреса на местоназначението и го сравнява със своя собствен. Ако адресите съвпадат, тогава полетата на рамката, с изключение на преамбюла, SDF и FCS, се буферират и се изчислява контролна сума, която се сравнява с полето на контролната последователност на рамката FCS (използвайки метода за циклично сумиране CRC-32). Ако са равни, тогава съдържанието на буфера се предава към протокола от по-високо ниво. В противен случай рамката се изхвърля. Възникването на сблъсък при получаване на рамка се открива или чрез промяна в електрическия потенциал, ако се използва коаксиален сегмент, или от факта на получаване на дефектна рамка, неправилна контролна сума, ако се използва. усукана двойкаили оптично влакно. И в двата случая получената информация се изхвърля.

От описанието на метода за достъп може да се види, че той има вероятностен характер и вероятността за успешно получаване на обща среда, с която разполага, зависи от натоварването на мрежата, тоест от интензивността на необходимостта от предаване на кадри в станциите. Когато този метод беше разработен в края на 70-те години, се приемаше, че скоростта на предаване на данни от 10 Mbit/s е много висока в сравнение с нуждите на компютрите при взаимен обмен на данни, така че натоварването на мрежата винаги ще бъде малко. Това предположение понякога остава вярно и до днес, но вече се появиха мултимедийни приложения в реално време, които са много заети в Ethernet сегментите. В този случай сблъсъците се случват много по-често. Когато честотата на сблъсък е висока, полезната пропускателна способност на Ethernet мрежата пада рязко, тъй като мрежата е почти постоянно заета с повторни опити на кадри. За да намалите интензивността на сблъсъците, трябва или да намалите трафика, например чрез намаляване на броя на възлите в сегмента или подмяна на приложения, или да увеличите скоростта на протокола, например да преминете към Fast Ethernet.

Трябва да се отбележи, че методът за достъп до CSMA/CD обикновено не гарантира на станция, че някога ще може да получи достъп до средата. Разбира се, при малко натоварване на мрежата, вероятността от такова събитие е малка, но с коефициент на използване на мрежата, приближаващ се до 1, такова събитие става много вероятно. Този недостатък на метода за произволен достъп е компромисът за неговата изключителна простота, която направи Ethernet най-евтината технология. Други методи за достъп - достъп с токен на Token Ring и FDDI мрежи, методът Demand Priority на 100VG-AnyLAN мрежи - са свободни от този недостатък.

В резултат на отчитането на всички фактори, съотношението между минималната дължина на рамката и максималното възможно разстояние между мрежовите станции беше внимателно подбрано, което гарантира надеждно откриване на сблъсък. Това разстояние се нарича още максимален диаметър на мрежата.

С увеличаване на честотата на кадрите, както се случва в новите стандарти, базирани на същия CSMA/CD метод за достъп, като Fast Ethernet, максималното разстояние между мрежовите станции намалява пропорционално на увеличаването на скоростта на предаване. В стандарта Fast Ethernet той е около 210 m, а в стандарта Gigabit Ethernet ще бъде ограничен до 25 метра, ако разработчиците на стандарта не предприемат някои мерки за увеличаване на минималния размер на пакета.

В табл. 11.1 показва стойностите на основните параметри на процедурата за предаване на кадър 802.3, които не зависят от изпълнението на физическата среда. Важно е да се отбележи, че всяка версия на физическата среда на Ethernet технологията добавя свои собствени, често по-строги ограничения към тези ограничения, които също трябва да бъдат спазени и които ще бъдат разгледани по-долу.

Таблица 11.1.Параметри на Ethernet MAC слой

Формати на Ethernet рамки

Технологичният стандарт за Ethernet, описан в документа IEEE 802.3, описва един формат на рамката на MAC слой. Тъй като рамката на слоя MAC трябва да съдържа рамката на слоя LLC, описана в документа IEEE 802.2, според стандартите на IEEE, в Ethernet мрежа може да се използва само една опция за рамка свързващ слой, чийто заглавка е комбинация от заглавки на подслоя MAC и LLC.

На практика обаче Ethernet мрежите използват рамки от 4 различни формата (типове) на слоя за връзка за данни. Това се дължи на дългата история на развитието на Ethernet технологията, датираща от периода на съществуване преди приемането на стандартите IEEE 802, когато подслоят на LLC не е бил отделен от общия протокол и съответно заглавката на LLC не е била използван.

Консорциум от три фирми Digital, Intel и Xerox през 1980 г. представи на комитета 802.3 своята собствена версия на Ethernet стандарта (в който естествено е описан определен формат на рамката) като проект на международен стандарт, но комитетът 802.3 прие стандарт, който се различава в някои подробности от офертите на DIX. Разликите се отнасят и до формата на рамката, което доведе до съществуването на два различни типа рамки в Ethernet мрежите.

Друг формат на рамката е резултат от усилията на Novell да ускори своя протоколен стек в Ethernet мрежи.

И накрая, четвъртият формат на рамката беше резултат от усилията на комисията 802:2 да приведе предишните формати на рамката до някакъв общ стандарт.

Разликите във форматите на рамката могат да доведат до несъвместимост между хардуера и мрежовия софтуер, проектиран да работи само с един стандарт за Ethernet рамка. Днес обаче почти всички мрежови адаптери, драйвери за мрежови адаптери, мостове/превключватели и рутери могат да обработват всички често използвани формати на Ethernet рамки, като разпознаването на типа на рамката се извършва автоматично.

По-долу е описание на всичките четири типа Ethernet рамки (тук рамка означава целия набор от полета, които се отнасят до слоя на връзката, тоест полетата на нивата MAC и LLC). Един и същ тип рамка може да има различни имена, така че по-долу са някои от най-често срещаните имена за всеки тип рамка:

• 802.3/LLC рамка (802.3/802.2 рамка или Novell 802.2 рамка);
• Сурова рамка 802.3 (или рамка Novell 802.3);
• Ethernet DIX рамка (или Ethernet II рамка);
• Ethernet SNAP рамка.

Форматите за всички тези четири типа Ethernet рамки са показани на фигура 1. 11.7.

802.3/LLC рамка

Заглавката на рамката 802.3/LLC е резултат от комбиниране на полетата на заглавката на рамката, дефинирани в стандартите IEEE 802.3 и 802.2.

Стандартът 802.3 дефинира осем заглавни полета (Фигура 11.7; полето на преамбюла и разделителят на началния кадър не са показани на фигурата).

• Поле за преамбюл (Преамбюл)се състои от седем синхронизиращи байта 10101010. При кодиране Манчестър тази комбинация е представена във физическата среда чрез периодичен вълнов сигнал с честота 5 MHz.
• Разграничител на началото на кадъра (SFD)се състои от един байт 10101011. Появата на тази комбинация от битове е индикация, че следващият байт е първият байт от заглавката на рамката.
• Адрес на дестинация (DA)може да бъде с дължина 2 или 6 байта. На практика винаги се използват адреси от 6 байта. Първият бит от високия байт на адреса на местоназначението показва дали адресът е индивидуален или групов. Ако е 0, тогава адресът е индивидуално (единично предаване),а ако 1, то това групов адрес (multicast).Ако адресът се състои от всички единици, тоест има шестнадесетично представяне 0xFFFFFFFFFFFF, тогава той е предназначен за всички мрежови възли и се нарича адрес на излъчване (излъчване).

В стандартите на IEEE Ethernet най-малкият бит от байта се показва в най-лявата позиция на полето, а най-значимият бит в най-дясната позиция. Това нестандартен начинПреобразуването на реда бит в байт съответства на реда, в който битовете се предават към комуникационната линия от Ethernet предавателя. Стандартите на други организации, като RFC IETF, ITU-T, ISO, използват традиционното представяне на байт, когато най-малкият бит се счита за най-десния бит на байта, а най-значимият бит е най-левият. В този случай редът на байтовете остава традиционен. Следователно, при четене на стандартите, публикувани от тези организации, както и при четене на данните, показани на екрана операционна системаили анализатор на протоколи, стойностите на всеки байт от Ethernet рамка трябва да бъдат огледални, за да се получи правилната представа за значението на битовете в този байт, според документите на IEEE. Например, адрес за множествено предаване, който е нотация IEEE 1000 0000 0000 0000 1010 0111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 или шестнадесетична нотация 80-00-A7-FO-000, най-вероятно ще бъде анализиран професионално от 00-00 традиционна формакато 01-00-5E-0F-00-00.

• Адрес на източника (SA) -това е 2- или 6-байтово поле, съдържащо адреса на хоста, изпратил кадъра. Първият бит от адреса винаги е 0.
• Дължина (дължина, L) - 2-байтово поле, което определя дължината на полето с данни в рамката.
• Поле за данни (данни)може да съдържа от 0 до 1500 байта. Но ако дължината на полето е по-малка от 46 байта, тогава следващото поле - полето за допълване - се използва за допълване на рамката до минималната допустима стойност от 46 байта.
• Поле за запълванесе състои от определен брой байтове запълване, което осигурява минимална дължина на полето за данни от 46 байта. Това гарантира, че механизмът за откриване на сблъсък работи правилно. Ако дължината на полето за данни е достатъчна, тогава полето за допълване не се появява в рамката.
• Поле за контролна сума (последователност на проверка на рамката, PCS)се състои от 4 байта, съдържащи контролната сума. Тази стойност се изчислява с помощта на алгоритъма CRC-32. При получаване на кадър работната станция извършва собствено изчисляване на контролната сума за този кадър, сравнява получената стойност със стойността на полето за контролна сума и по този начин определя дали полученият кадър е повреден.

Рамката 802.3 е рамка на подслоя на MAC, следователно, в съответствие със стандарта 802.2, рамка на подслоя LLC с премахнати флагове за начало и край на рамката е вградена в полето за данни. Форматът на рамката на LLC е описан по-горе. Тъй като рамката на LLC има заглавка от 3 (в режим LLC1) или 4 байта (в режим LLC2), максималният размер на полето за данни се намалява до 1497 или 1496 байта.

Фигура 11.7. Формати на Ethernet рамки

Подобна информация.

Шаблон за Ethernet технология, написан в IEEE 802.3 doc. Това е единственото описание на рамката за формат на MAC слой. В Ethernet мрежата е реализиран само един тип рамка на свързващия слой, чийто заглавка е набор от заглавки на подслоевете MAC и LLC, което е определено .

• Ethernet DIX/Ethernet II, се появява през 1980 г. в резултат на съвместна работа на три компании Xerox, Intel и Digital, които въвеждат версия 802.3 като международен стандарт;
• Комисията прие 802.3 и го преработи малко. Значи имаше 802.3/LLC, 802.3/802.2или Novell 802.2;
• Суров 802.3или Novell 802.3- проектирани да ускорят техния протоколен стек в Ethernet мрежи;
• Ethernet SNAPе резултат от комитета 802.2, който е приведен към общ стандарт и е станал гъвкав за бъдещо евентуално добавяне на полета;

Днес мрежовият хардуер и софтуерможе да работи с всички формати на кадри, а разпознаването на кадри работи автоматично, което също намалява един от . Форматите на рамката са показани на фиг.1.

Снимка 1

802.3/LLC рамка

Този хедър на рамката комбинира полетата на заглавката на IEEE 802.3 и 802.2 кадри. Стандартът 802.3 се състои от:

• Поле за преамбюл- наречено полето на синхронизиращите байтове - 10101010. При кодирането в Манчестър този код се модифицира във физическата среда в сигнал с честота 5 MHz.
• Стартов разделител на рамката- е един байт 10101011. Това поле показва, че следващият байт е първият байт от заглавката на рамката.
• Адрес на дестинацията- Това поле може да бъде дълго 6 или 2 байта. Обикновено това поле се използва за 6 байтов MAC адрес.
• Адрес на източника- това е поле, което съдържа 6 или 2 байта от MAC адреса на хоста на изпращача. Първият бит винаги е 0.
• Дължина- поле, което има размер 2 байта и съдържа дължината на полето с данни в рамката.
• Поле за данни— полето може да има от 0 до 1500 байта. Но ако изведнъж данните заемат по-малко от 46 байта, тогава полето се използва заместител, което допълва полето до 46 байта.
• Поле за място- Осигурява попълване на полето за данни, ако теглото е по-малко от 46 байта. Необходим за правилното функциониране на механизма за откриване на сблъсък.
• Поле за последователност за управление на рамката- Това поле съдържа контролна сума от 4 байта. Използва се алгоритъмът CRC-32/

Този кадър е рамка на подслоя на MAC, неговото поле за данни съдържа рамка на подслоя LLC с флагове, премахнати в края и началото на кадъра, който се предава чрез .

Рамка Raw 802.3/Novell 802.3

Тази рамка преди беше протокол мрежов слойв MetWare OS. Но сега, когато идентификацията на протокола на горния слой вече не е необходима, рамката е капсулирана в MAC рамка на рамка на LLC.

Ethernet рамка DIX/Ethernet II

Тази рамка има структура, подобна на тази на Ras 802.3. Но полето с дължина от 2 байта тук има назначения на поле за тип протокол. Указва типа на протокола на горния слой, който е заложил своя пакет в полето за данни на този кадър. Тези рамки се отличават с дължината на полето, ако стойността е по-малка от 1500, тогава това е полето за дължина, ако е повече, тогава типът.

Ethernet SNAP рамка

Рамката се появи в резултат на елиминирането на несъответствието в кодирането на типа протокол. Протоколът се използва и в IP протокола при капсулиране на следните мрежи: Token Ring, FDDI, 100VC-AnyLan. Но когато предава IP пакети през Ethernet, протоколът използва Ethernet DIX рамки.

IPX протокол

Този протокол може да използва и четирите типа Ethernet рамки. Той определя типа, като проверява за отсъствие или наличие на полето LLC. Също и зад полетата DSAP/SSAP. Ако полетата са 0xAA, тогава това е SNAP рамка, в противен случай е 802.3/LLC.

Полетата на рамката Preamble (7 байта) и Initial Frame Delimiter (SFD) (1 байт) в Ethernet се използват за синхронизация между предаващи и приемащи устройства. Тези първи осем байта от рамката се използват за привличане на вниманието на приемащите възли. По същество първите няколко байта казват на приемниците да се подготвят за получаване на нов кадър.

Поле MAC адрес на дестинацията

Полето MAC Destination Address (6 байта) е идентификатор за предвидения получател. Както може би си спомняте, този адрес се използва от слой 2, за да помогне на устройствата да определят дали даден кадър е адресиран до тях. Адресът в рамката се сравнява с MAC адреса на устройството. Ако адресите съвпадат, устройството получава рамката.

Поле за MAC адрес на източника

Полето MAC адрес на дестинацията (6 байта) идентифицира изходната NIC или интерфейса на рамката. Превключвателите също използват този адрес, за да го добавят към своите таблици за картографиране. Ролята на превключвателите ще бъде обсъдена по-късно в този раздел.

Дължина/тип на полето

За всеки стандарт IEEE 802.3, по-стар от 1997 г., полето Length определя точната дължина на полето за данни на рамката. Това по-късно се използва по-късно като част от FCS, за да се гарантира, че съобщението е получено правилно. Ако целта на полето е да посочи тип, както в Ethernet II, полето Тип описва кой протокол се прилага.

Тези две приложения в областта бяха официално обединени през 1997 г. в стандарта IEEE 802.3x, тъй като и двете приложения бяха общи. Полето Ethernet Type II е включено в текущата дефиниция на 802.3 рамка. Когато даден възел получи рамка, той трябва да проучи полето Length, за да определи кой протокол от по-висок слой присъства в него. Ако стойността на два октета е по-голяма или равна на шестнадесетичен 0x0600 или десетичен 1536, тогава съдържанието на полето Данни се декодира според определения тип протокол. Ако стойността на полето е по-малка или равна на шестнадесетичен 0x05DC или десетичен 1500, полето Дължина се използва за указване на използването на формат на рамката IEEE 802.3. Това прави разлика между Ethernet II и 802.3 рамки.

Данни за полета и запълване

Полетата за данни и запълване (46 - 1500 байта) съдържат капсулираните данни от по-горния слой, който е типичен PDU за слой 3, обикновено IPv4 пакет. Всички кадри трябва да са дълги най-малко 64 байта. Ако е капсулиран по-малък пакет, Padding се използва за увеличаване на размера на рамката до този минимален размер.

IEEE поддържа списък от типове Ethernet II с общо предназначение.

Ethernet стандарт IEEE 802.3

Това е най-широко използваният стандарт за мрежови технологии днес.

особености:

• работи с коаксиален кабел, усукана двойка, оптични кабели;
• топология - шина, звезда;
• метод на достъп - CSMA/CD.

Архитектурата на Ethernet мрежовата технология всъщност съчетава цял набор от стандарти, които имат както общи характеристики, така и разлики.

Ethernet технологията е разработена заедно с много от първите проекти на Xerox PARC Corporation. Общоприето е, че Ethernet е изобретен на 22 май 1973 г., когато Робърт Меткалф написа бележка до ръководителя на PARC за потенциала на Ethernet технологията. Но Меткалф получи законното право на технологията няколко години по-късно. През 1976 г. той и неговият асистент Дейвид Богс публикуват брошура, наречена Ethernet: Distributed Packet Switching For Local Computer Networks. Меткалф напусна Xerox през 1979 г. и основа 3Com, за да популяризира компютрите и местните компютърни мрежи. Той успя да убеди DEC, Intel и Xerox да работят заедно и да разработят Ethernet стандарта (DIX). Този стандарт е публикуван за първи път 30 септември 1980г.

По-нататъшно развитие на EtherNet технологията:

• 1982-1993 разработване на 10Mbps EtherNet;
• 1995-1998 разработване на Fast EtherNet;
• 1998-2002 разработване на GigaBit EtherNet;
• 2003-2007 разработване на 10GigaBit EtherNet;
• 2007-2010 разработване на 40 и 100GigaBit EtherNet;
• 2010 г. до момента разработка на Terabit Ethernet.

На слоя MAC, който осигурява достъп до средата и предаване на рамката, за идентификация мрежови интерфейсимрежовите възли използват уникални 6-байтови адреси, регулирани от стандарта, наречени MAC адреси. Обикновено MAC адресът се записва като шест двойки шестнадесетични цифри, разделени с тирета или двоеточия, като 00-29-5E-3C-5B-88. Всеки мрежов адаптер има MAC адрес.

Структура на Ethernet MAC адрес:

• Първият бит от MAC адреса на местоназначението се нарича I/G (индивидуален/групов или разпръскващ) бит. В адреса на източника това се нарича индикатор за изходен маршрут;
• вторият бит определя как се присвоява адресът;
• първите три байта на адреса се наричат ​​Burned In Address (BIA) или Organizationally UniqueIdentifier (OUI);
• производителят е отговорен за уникалността на долните три байта на адреса.

някои мрежови програми, в частност wireshark, може веднага да изведе вместо кода на производителя - името на производителя на дадената мрежова карта.

Формат на рамката на технологията EtherNet

Има 4 типа рамки (фреймове) в Ethernet мрежите:

• 802.3/LLC рамка (или Novell802.2 рамка),
• Сурова рамка 802.3 (или рамка Novell 802.3),
• Ethernet DIX рамка (или Ethernet II рамка),
• Ethernet SNAP рамка.

На практика в оборудването на EtherNet се използва само един формат на рамката, а именно рамката на EtherNet DIX, която понякога се нарича рамка по номера на най-новия DIX стандарт.

• Първите две заглавни полета са запазени за адреси:
• DA (Destination Address) – MAC адрес на хоста на дестинацията;
• SA (Source Address) – MAC адресът на изходния възел. За доставяне на рамка е достатъчен един адрес - адресът на дестинацията, адресът на източника се поставя в рамката, така че възелът, който е получил рамката, знае от кого е дошъл кадърът и кой трябва да отговори на него.
• Полето T (Type) съдържа конвенционния код на протокола на горния слой, чиито данни са в полето за данни на рамката, например шестнадесетичната стойност 08-00 съответства на IP протокола. Това поле е необходимо за поддръжка на интерфейсни функции за мултиплексиране и демултиплексиране при взаимодействие с протоколи от горния слой.
• Поле за данни. Ако дължината на потребителските данни е по-малка от 46 байта, тогава това поле се допълва до минималния размер с допълващи байтове.
• Полето Frame Check Sequence (FCS) се състои от 4 байта от контролната сума. Тази стойност се изчислява с помощта на алгоритъма CRC-32.

Рамката на EtherNet DIX (II) не отразява разделянето на каналите EtherNet слойкъм слоя MAC и слоя LLC: неговите полета поддържат функциите на двата слоя, например интерфейсните функции на полето T принадлежат към функциите на слоя LLC, докато всички други полета поддържат функциите на слоя MAC.

Помислете за формата на рамката EtherNet II, като използвате примера на заловен пакет с помощта на мрежовия анализатор Wireshark

Моля, имайте предвид, че тъй като MAC адресът се състои от код на производителя и номер на интерфейс, мрежовият анализатор незабавно преобразува кода на производителя в името на производителя.

Така в технологията EtherNet MAC адресите действат като адреси на местоназначение и дестинация.

Технологични стандарти за Ethernet

Физическите спецификации за Ethernet технологията включват следните предавателни медии.

• l0Base-5 - коаксиален кабел с диаметър 0,5 инча (1dm = 2,54cm), наречен "дебел" коаксиален кабел, с вълново съпротивление 50 ома.
• l0Base-2 е 0,25 инчов коаксиален кабел, наречен "тънък" коаксиален кабел, с характерен импеданс от 50 ома.
• l0Base-T - кабел на базата на неекранирана усукана двойка (Unshielded Twisted Pair, UTP), категория 3,4,5.
• l0Base-F - оптичен кабел.

Числото 10 обозначава номиналната скорост на предаване на стандарта, тоест 10Mbps, а думата "Base" е методът на предаване при една базова честота. Последният знак показва вида на кабела.

Кабелът се използва като моноканален за всички станции, максималната дължина на сегмента е 500м. Станцията е свързана към кабела чрез приемо-предавател - трансивър. Трансивърът е свързан към мрежов адаптер DB-15 конектор с AUI интерфейсен кабел. Терминаторите са необходими във всеки край, за да абсорбират сигнали, разпространяващи се през кабела.

Правила "5-4-3" за коаксиални мрежи:

Стандартът за мрежи по коаксиален кабел позволява използването на мрежа от не повече от 4 повторителя и съответно не повече от 5 кабелни сегмента. При максимална дължина на кабелния сегмент от 500 м, това дава максимална дължина на мрежата от 500 * 5 = 2500 м. Могат да бъдат заредени само 3 от 5 сегмента, тоест тези, към които са свързани крайни възли. Между натоварените сегменти трябва да има ненатоварени сегменти.

l0Base-2

Кабелът се използва като моноканален за всички станции, максималната дължина на сегмента е 185 м. За свързване на кабела към мрежова картаимате нужда от T-конектор, а кабелът трябва да има BNC конектор.

Използва се и правилото 5-4-3.

l0Base-T

Образува звездна топология, базирана на хъб, хъбът действа като повторител и образува един моноканал, максималната дължина на сегмента е 100m. Крайните възли са свързани с два усукана двойка. Едната двойка за прехвърляне на данни от възела към хъба е Tx, а другата за прехвърляне на данни от хъба към възела е Rx.
Правила на "4 хъба" за мрежи, базирани на усукана двойка:
Стандартът за мрежи с усукана двойка определя максималния брой хъбове между всякакви две мрежови станции, а именно 4. Това правило се нарича „правило на 4 хъба“. Очевидно, ако не трябва да има повече от 4 повторителя между всеки два мрежови възела, тогава максималният диаметър на мрежата с усукана двойка е 5 * 100 = 500 m (максималната дължина на сегмента е 100 m).

10Base-F

Функционално Ethernet мрежата на оптичен кабел се състои от същите елементи като 10Base-T мрежа.

Стандартът FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) беше първият стандарт на комитета 802.3 за използване на влакна през Ethernet мрежи. Максимална дължина на сегмента 1000m, максимален брой хъбове 4, с обща дължина на мрежата не повече от 2500m.

Стандартът 10Base-FL е леко подобрение на стандарта FOIRL. Максималната дължина на сегмента е 2000 м. Максималният брой хъбове е 4, а максималната дължина на мрежата е 2500 м.

Стандартът 10Base-FB е само за свързване на повторители. Крайните възли не могат да използват този стандарт за свързване към портове на концентратора. Максимален брой хъбове 5, максимална дължина на един сегмент 2000 m и максимална дължина на мрежата 2740 m.

Таблица. Параметри на спецификацията на физическия слой за Ethernet стандарта

При разглеждане на правилото „5-4-3“ или „4-хъбове“, в случай че на пътя на разпространение през кабелите се появи въображаем сигнал на устройство „превключвател“, изчисляването на топологичните ограничения започва от нула.

Ethernet честотна лента

Пропускателната способност се измерва по отношение на броя на кадрите или броя на байтовете данни, предавани по мрежата за единица време. Ако няма сблъсъци в мрежата, максимална скоростминималният размер на рамката (64 байта) е 14881 кадъра в секунда. В същото време полезната честотна лента за Ethernet II кадри е 5,48 Mbps.

Максималната честота на кадрите с максимален размер (1500 байта) е 813 кадъра в секунда. Тогава полезната честотна лента ще бъде 9,76 Mbps.

Развитието на мултимедийните технологии доведе до необходимостта от увеличаване на честотната лента на комуникационните линии. В тази връзка е разработена технологията Gigabit Ethernet, осигуряваща пренос на данни със скорост от 1 Gbit / s. В тази технология, както и в Fast Ethernet, приемствеността с Ethernet технологията беше запазена: форматите на рамката, запазенметод за достъп CSMA/ CDв полудуплексен режим. На логическо ниво се използва кодиране 8 Б/10 Б. Тъй като скоростта на предаване се увеличи 10 пъти в сравнение с Fast Ethernet, това беше необходимо илинамалете диаметъра на мрежата до 20 - 25 м, или увеличете минималната дължина на рамката. В технологията Gigabit Ethernet те преминаха по втория път, увеличавайки минималната дължина на рамката до 512 байтове вместо 64 байтове в технологията Ethernet и Fast Ethernet. Диаметърът на мрежата е 200 m, както и в Fast Ethernet. Дължината на рамката може да се увеличи по два начина. Първият метод предвижда запълване на полето за данни на кратък кадър със символи на забранени кодови комбинации, докато в мрежата ще има непродуктивно натоварване. Съгласно втория метод е позволено да се предават няколко къси кадъра подред с обща дължина до 8192 байт.

Съвременните Gigabit Ethernet мрежи обикновено се основават на суичове и работят в пълен дуплекс режим. В случая не говорим за диаметъра на мрежата, а за дължината на сегмента, която се определя от техническите средства на физическия слой, преди всичко от физическата среда за предаване на данни. Gigabit Ethernet осигурява използването на:

едномодов оптичен кабел; 802.3 z

многомодов оптичен кабел; 802.3 z

балансиран кабел UTP категория 5; 802.3 аб

коаксиален кабел.

При предаване на данни по оптичен кабел, или светодиодите се използват като излъчватели, работещи на дължина на вълната 830 nm, или лазери - на дължина на вълната 1300 nm Според този стандарт 802.3 zдефинира две спецификации 1000 База- SXи 1000 База- LX. Максималната дължина на сегмент, реализиран на многомодов кабел 62,5/125 от спецификацията 1000Base-SX, е 220 м, а на кабел 50/125 е не повече от 500 м. Максималната дължина на сегмент, реализиран в единичен режим Спецификацията 1000Base-LX е 5000 м. Дължината на сегмента на коаксиалния кабел не надвишава 25 m.

Разработен е стандарт за използване на съществуващи балансирани UTP кабели от категория 5. 802.3 аб. Тъй като данните в технологията Gigabit Ethernet трябва да се предават със скорост 1000 Mbps, а категория 5 усукана двойка има честотна лента от 100 MHz, беше решено данните да се предават паралелно върху 4 усукани двойки и да се използва UTP категория 5 или 5e с честотна лента от 125 MHz. По този начин върху всяка усукана двойка е необходимо да се прехвърлят данни със скорост от 250 Mbps, което е 2 пъти по-високо от възможностите на UTP категория 5e. За да се разреши това противоречие, се използва кодът 4D-PAM5 с пет потенциални нива (-2, -1, 0, +1, +2). Всяка двойка проводници едновременно предава и получава данни със скорост от 125 Mbps във всяка посока. В този случай възникват сблъсъци, при които се образуват сигнали със сложна форма от пет нива. Разделянето на входните и изходните потоци се осъществява чрез използването на хибридни схеми за разделяне Х(фиг.5.4). Използват се тези схеми сигнални процесори. За да извлече получения сигнал, приемникът изважда собствения си предаван сигнал от общия (предаден и получен) сигнал.

Така технологията Gigabit Ethernet осигурява високоскоростен обмен на данни и се използва основно за предаване на данни между подмрежи, както и за обмен на мултимедийна информация.

Ориз. 5.4. Предаване на данни по 4 UTP категория 5 двойки

Стандартът IEEE 802.3 препоръчва базираната на влакна технология Gigabit Ethernet да бъде гръбнакът. Времевите интервали, форматът на рамката и предаването са общи за всички версии от 1000 Mbps. Физическият слой се дефинира от две схеми за кодиране на сигнали (Фигура 5.5). Схема 8 Б/10 Бизползван за оптично влакнои екранирани медни кабели. За балансирани кабели UTPИзползва се импулсна амплитудна модулация (код PAM5 ). технология 1000 база- хизползва логическо кодиране 8 Б/10 Би линейно кодиране ( NRZ).

Фиг.5.5. Спецификации на технологията Gigabit Ethernet

Сигнали NRZпредавани по влакно с помощта на къси вълни ( къс- дължина на вълната), или дълги вълни ( дълго- дължина на вълната) източници на светлина. Като късовълнови източници, светодиоди с дължина на вълната 850 nm за предаване по многомодово оптично влакно (1000BASE-SX). Тази по-евтина опция се използва за предаване на къси разстояния. Дълговълнови лазерни източници ( 1310 nm) използват едномодово или многомодово оптично влакно (1000BASE-LX). Едномодовите оптични лазерни източници са способни да предават информация на разстояния до 5000 м.

При връзки от точка до точка ( точка- да се- точка) за предаване ( Tx) и рецепция ( Rx) следователно се използват отделни влакна пълен дуплексВръзка. Технологията Gigabit Ethernet ви позволява да инсталирате само единственият повторителмежду две станции. По-долу са дадени параметрите на технологиите 1000BASE (Таблица 5.2).

Таблица 5.2

Сравнения на спецификациите на Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet мрежите се изграждат на базата на комутатори, когато разстоянието на пълнодуплексните връзки е ограничено само от средата, а не от времето за двупосочно пътуване. В този случай, като правило, топологията " звезда" или " разширена звезда“, а проблемите се определят от логическата топология и потока от данни.

Стандартът 1000BASE-T използва почти същия UTP кабел като стандартите 100BASE-T и 10BASE-T. Кабелът 1000BASE-T UTP е същият като кабела 10BASE-T и 100BASE-TX, с изключение на това, че се препоръчва кабел от категория 5e. С дължина на кабела от 100 м, оборудването 1000BASE-T е изтласкано до своите граници.