Formati okvirjev Ethernet. Razvoj integriranega dostopnega omrežja na osnovi tehnologij Ethernet in Wi-Fi pasovna širina Ethernet

ETHERNETNA TEHNOLOGIJA

Ethernet je danes najbolj razširjen standard za lokalna omrežja.

Ko rečejo Ethernet, običajno mislijo na katero koli od različic te tehnologije. Ožje rečeno, Ethernet je omrežni standard, ki temelji na eksperimentalnem omrežju Ethernet, ki ga je Xerox razvil in uvedel leta 1975. Metoda dostopa je bila preizkušena še prej: v drugi polovici 60. let prejšnjega stoletja so bile v radijskem omrežju Univerze na Havajih uporabljene različne možnosti za naključni dostop do skupnega radijskega okolja, ki se skupaj imenuje Aloha. Leta 1980 so DEC, Intel in Xerox skupaj razvili in objavili standard Ethernet različice II za koaksialno kabelsko omrežje, ki je postalo Najnovejša različica lastniški standard Ethernet. Zato se lastniška različica standarda Ethernet imenuje Ethernet DIX ali Ethernet P.

Na podlagi standarda Ethernet DIX je bil razvit standard IEEE 802.3, ki v marsičem sovpada s svojim predhodnikom, vendar še vedno obstajajo nekatere razlike. Medtem ko standard IEEE 802.3 razlikuje med plastmi MAC in LLC, je prvotni Ethernet združil obe plasti v eno plast podatkovne povezave. Ethernet DIX definira protokol za testiranje konfiguracije Ethernet, ki ga IEEE 802.3 ne. Tudi razmerje stranic je nekoliko drugačno, čeprav sta najmanjša in največja velikost okvirja v teh standardih enaka. Za razlikovanje Etherneta, kot ga določa standard IEEE, in lastniškega Etherneta DIX se pogosto imenuje tehnologija 802.3, lastniško ime Ethernet pa ostane brez dodatnih oznak.

Glede na vrsto fizičnega medija ima standard IEEE 802.3 različne modifikacije - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-FL, 10Base-FB.

Leta 1995 je bil standard sprejet Hitri Ethernet, ki v mnogih pogledih ni neodvisen standard, kar dokazuje dejstvo, da je njegov opis preprosto dodaten razdelek k glavnemu standardu 802.3 - razdelku 802.3u. Podobno je standard Gigabit Ethernet iz leta 1998 opisan v razdelku 802.3z glavnega dokumenta.

Za prenos binarnih informacij po kablu za vse različice fizične plasti tehnologije Ethernet, ki zagotavlja prepustnost 10 Mbit / s, se uporablja koda Manchester.

Vse vrste ethernetnih standardov (vključno s hitrim ethernetom in gigabitnim ethernetom) uporabljajo enako metodo ločevanja medijev – metodo CSMA/CD.

Ethernet naslavljanje

Za identifikacijo prejemnika informacij v ethernetnih tehnologijah se uporabljajo 6-bajtni naslovi MAC.

Format naslova MAC omogoča uporabo posebnih načinov multicast naslavljanja v omrežju Ethernet in hkrati izključuje možnost pojava znotraj istega lokalno omrežje dve postaji, ki bi imeli isti naslov.

Fizični naslov omrežja Ethernet je sestavljen iz dveh delov:

• Kode prodajalcev
• Identifikator posamezne naprave

Posebna organizacija v okviru IEEE se ukvarja z distribucijo dovoljenih kodiranja tega področja na zahtevo proizvajalcev omrežne opreme. Za pisanje Mac naslov vendar se lahko uporablja v različnih oblikah. Najpogosteje uporabljena oblika je šestnajstiška, v kateri so pari bajtov ločeni z znaki "-":

E0-14-00-00-00

V omrežjih Ethernet in IEEE 802.3 obstajajo trije glavni načini oblikovanja ciljnega naslova:

• Unicast - individualni naslov;
• Multicast - multicast naslov;
• Broadcast - naslov oddaje.

Prvi način naslavljanja (Unicast) se uporablja, ko izvorna postaja naslovi poslani paket samo na enega prejemnika podatkov.

Znak uporabe načina Multicast naslavljanja je prisotnost 1 v najmanjšem bitu najpomembnejšega bajta identifikatorja proizvajalca opreme.

C-CC-CC-CC

Okvir, katerega vsebina polja DA pripada tipu Multicast, bodo sprejele in obdelale vse postaje, ki imajo ustrezno vrednost kode dobavitelja – v tem primeru so to omrežne naprave Cisco. Podano Multicast - naslov uporabljajo omrežne naprave tega podjetja za interakcijo v skladu s pravili Cisco Discovery Protocol (CDP).

Postaja Ethernet in IEEE 802.3 lahko uporabljata tudi način naslavljanja Broadcast. Naslov ciljne postaje oddajanja je kodiran s posebno vrednostjo:

FF-FF-FF-FF-FF-FF

Pri uporabi tega naslova bodo poslani paket sprejele vse postaje v tem omrežju.

CSMA / metoda dostopa do CD-ja

Eternetna omrežja uporabljajo metodo dostopa do medijev, imenovano carrier-sense-multiply-access z zaznavanjem trkov (CSMA / CD) ...

Protokol CSMA/CD opredeljuje naravo interakcije delovnih postaj v omrežju z enim skupnim medijem za prenos podatkov za vse naprave. Vse postaje imajo enake pogoje za prenos podatkov. Ni posebnega zaporedja, v katerem lahko postaje dostopajo do medija za prenos. V tem smislu se do okolja dostopa naključno. Zdi se, da je implementacija algoritmov naključnega dostopa veliko enostavnejša naloga kot implementacija algoritmov determinističnega dostopa. Ker je v slednjem primeru potreben bodisi poseben protokol, ki nadzoruje delovanje vseh omrežnih naprav (na primer protokol kroženja žetonov, ki je del omrežij Token Ring in FDDI), bodisi posebna namenska naprava - glavno zvezdišče, ki v določeno zaporedje, bi vsem ostalim postajam zagotovilo možnost oddajanja (omrežja Arcnet, 100VG AnyLAN).

Vendar ima omrežje z naključnim dostopom eno, morda glavno pomanjkljivost - to ni povsem stabilno delovanje omrežja pod veliko obremenitvijo, ko lahko mine dovolj dolgo, preden določena postaja lahko odda podatke. To je posledica kolizij, ki nastanejo med postajami, ki so začele oddajati istočasno ali skoraj sočasno. V primeru kolizije poslani podatki ne pridejo do prejemnikov in oddajne postaje morajo znova zagnati prenos – metode kodiranja, ki se uporabljajo v Ethernetu, ne omogočajo ločitve signalov posamezne postaje od splošnega signala. (Z Upoštevajte, da se to dejstvo odraža v komponenti "Baza (pas)", ki je prisotna v imenih vseh fizičnih protokolov tehnologije Ethernet (na primer 10Base-2,10Base-T itd.). Osnovnopasovno omrežje pomeni omrežje z osnovnim pasom, v katerem se sporočila pošiljajo digitalno po enem samem kanalu, brez frekvenčne delitve.)

Trčenje je normalna situacija v omrežjih Ethernet. Da bi prišlo do kolizije, ni nujno, da več postaj začne oddajati popolnoma hkrati, taka situacija je malo verjetna. Veliko bolj verjetno je, da do kolizije pride zaradi dejstva, da eno vozlišče začne oddajati prej kot drugo, vendar signali prvega preprosto nimajo časa doseči drugega vozlišča do trenutka, ko se drugo vozlišče odloči, da bo začelo oddajati svoje okvir. To pomeni, da so trki posledica porazdeljene narave omrežja.

Nabor vseh postaj v omrežju, katerega hkratni prenos katerega koli para vodi v kolizijo, se imenuje kolizijska domena ali kolizijska domena.

Trki lahko povzročijo nepredvidljive zamude pri širjenju okvirjev po omrežju, še posebej, če je omrežje močno obremenjeno (veliko postaj poskuša istočasno oddajati znotraj kolizijske domene,> 20-25) in ko je kolizijska domena velika (> 2 km ). Zato se je pri gradnji omrežij priporočljivo izogibati takšnim ekstremnim načinom delovanja.

Problem izdelave protokola, ki bi lahko na najbolj optimalen način reševal kolizije in optimiziral delovanje omrežja pri velikih obremenitvah, je bil eno ključnih vprašanj v fazi oblikovanja standarda. Sprva so bili trije glavni pristopi obravnavani kot kandidati za implementacijo algoritma za naključni dostop do okolja: nekonstantni, 1-konstantni in p-konstantni (slika 11.2).

Slika 11.2. Algoritmi z večkratnim naključnim dostopom (CSMA) in izklop kolizije

Neobstojni algoritem. S tem algoritmom postaja, ki želi oddajati, vodijo naslednja pravila.

1. Posluša medij in če je medij prost (tj. če ni drugega prenosa ali ni kolizijskega signala), ga oddaja, v nasprotnem primeru - medij je zaseden - pojdite na 2. korak;

2. Če je okolje zasedeno, počaka na naključni (po določeni krivulji porazdelitve verjetnosti) čas in se vrne na 1. korak.

Uporaba naključne vrednosti čakanja v prometnem okolju zmanjša verjetnost trkov. Predpostavimo sicer, da bosta dve postaji oddajali praktično istočasno, medtem ko tretja že oddaja. Če prva dva ne bi imela naključne čakalne dobe pred začetkom prenosa (če bi se izkazalo, da je okolje zasedeno), ampak sta samo poslušala okolje in čakala, da se sprosti, potem je po tretji postaji prenehala oddajati , bi prva dva začela oddajati hkrati, kar bi neizogibno vodilo v kolizije. Tako naključno čakanje odpravi možnost takšnih trkov. Vendar se neprijetnost te metode kaže v neučinkoviti uporabi pasovne širine kanala. Ker se lahko zgodi, da do trenutka, ko je medij prost, postaja, ki želi oddajati, čaka še nekaj naključnega časa, preden se odloči za poslušanje medija, saj je medij že poslušala, za katerega se je izkazalo, da je zaseden. Posledično bo kanal nekaj časa v mirovanju, tudi če na prenos čaka samo ena postaja.

1-trajni algoritem... Za skrajšanje časa, ko okolje ni zasedeno, bi lahko uporabili 1-trajni algoritem. S tem algoritmom postaja, ki želi oddajati, vodijo naslednja pravila.

1. Posluša medij in če medij oddaja v mirovanju, v nasprotnem primeru pojdite na 2. korak;

2. Če je medij zaseden, nadaljuje s poslušanjem medija, dokler medij ni prost, in takoj, ko se medij sprosti, takoj začne oddajati.

Če primerjamo neobstojne in 1-obstojne algoritme, lahko rečemo, da se v 1-obstojnem algoritmu postaja, ki želi oddajati, obnaša bolj "sebično". Če torej dve ali več postaj čakata na prenos (čakajo, da se okolje sprosti), bo trk, bi lahko rekli, zagotovljen. Po trčenju začnejo postaje razmišljati, kaj storiti naprej.

P-obstojni algoritem. Pravila za ta algoritem so naslednja:

1. Če je okolje prosto, postaja z verjetnostjo str takoj začne prenos ali z verjetnostjo (1- str ) čaka na določen časovni interval T. Interval T je običajno enak največjemu času širjenja signala od konca do konca;

2. Če je medij zaseden, postaja nadaljuje s poslušanjem, dokler medij ni prost, nato preide na korak 1;

3. Če je prenos zakasnjen za eno režo T, se postaja vrne na korak 1.

In tu se postavlja vprašanje izbire najučinkovitejše vrednosti parametra str ... Glavna težava je, kako se izogniti nestabilnosti pri velikih obremenitvah. Razmislite o situaciji, v kateri n postaje nameravajo oddajati okvirje, medtem ko je prenos že v teku. Ob koncu prenosa bo pričakovano število postaj, ki bodo poskušale oddajati, enako zmnožku števila postaj, ki so pripravljene oddajati z verjetnostjo prenosa, tj. np ... Če np > 1, bo v povprečju več postaj poskušalo oddajati hkrati, kar bo povzročilo kolizijo. Poleg tega se takoj, ko je zaznan trk, vse postaje vrnejo na korak 1, kar bo povzročilo drugo trčenje. V najslabšem primeru se lahko dodajo nove postaje, ki so pripravljene izdati n , kar bo še poslabšalo situacijo, kar bo sčasoma vodilo do neprekinjenega trka in ničelne prepustnosti. Da bi se izognili takšni katastrofi, delo np mora biti manj kot ena. Če je omrežje občutljivo na pojav pogojev, ko želi več postaj hkrati oddajati, je treba zmanjšati str ... Po drugi strani pa kdaj str postane premajhna, lahko celo ena postaja v povprečju počaka (1- str )/str intervalih T pred oddajanjem. Torej, če je p = 0,1, bo povprečni čas mirovanja pred prenosom 9T.

CSMA/CD Protokol za večkratni dostop do trkov utelešala ideje zgornjih algoritmov in dodala pomemben element – ​​ločljivost trkov. Ker kolizija uniči vse oddane okvirje v trenutku nastanka, potem postaje nima smisla nadaljevati nadaljnjega prenosa svojih okvirjev, takoj ko (postaje) zaznajo kolizije. V nasprotnem primeru bi pri prenosu dolgih okvirjev prišlo do znatne izgube časa. Zato postaja za pravočasno zaznavanje trkov ves čas lastnega prenosa posluša okolje. Tu so osnovna pravila algoritma CSMA/CD za oddajno postajo (slika 11.3):

1. Postaja, ki bo oddajala, posluša okolje. In prenaša, če je okolje prosto. V nasprotnem primeru (to je, če je okolje zasedeno) nadaljuje s korakom 2. Pri prenosu več sličic zapored, postaja vzdržuje določeno pavzo med prenosom okvirjev – medokvirni interval, in po vsakem takem premoru pred pošiljanjem naslednjega okvirja, postaja ponovno posluša okolje (vrnitev na začetni korak 1);

2. Če je okolje zasedeno, postaja še naprej posluša okolje, dokler okolje ne postane prosto, nato pa takoj začne oddajati;

3. Vsaka oddajna postaja posluša okolje in če je zaznana kolizija, ne preneha oddajanja takoj, temveč najprej odda kratek poseben kolizijski signal - jam-signal, ki obvesti druge postaje o trku, in preneha oddajati;

4. Po oddaji signala zastoja postaja preneha govoriti in počaka nekaj poljubnega časa v skladu s pravilom binarne eksponentne zakasnitve in se nato vrne na korak 1.

Da bi lahko oddajala okvir, mora postaja zagotoviti, da je skupni medij brezplačen. To dosežemo s poslušanjem osnovne harmonike signala, imenovane tudi zaznavanje nosilca (CS). Znak nezasedenega okolja je odsotnost nosilne frekvence na njem, ki je pri manchesterski metodi kodiranja 5-10 MHz, odvisno od zaporedja enic in ničel, ki se trenutno prenašajo.

Po koncu prenosa okvirja morajo vsa omrežna vozlišča vzdržati tehnološko pavzo (Inter Packet Gap) 9,6 μs (96 bt). Ta premor, imenovan tudi medokvirni razmik, je potreben, da se omrežni adapterji spravijo v prvotno stanje in da se prepreči, da bi posamezna postaja prevzela izključno medij.

Slika 11.3. Blok diagram algoritma CSMA / CD (raven MAC): pri prenosu okvirja s postajo

Jam signal (zatikanje - dobesedno motenje). Prenos signala zastoja zagotavlja, da več kot en okvir ne bo izgubljen, saj bodo vsa vozlišča, ki so oddala okvirje pred trkom, potem ko so prejela signal zastoja, prekinila svoje prenose in utihnila v pričakovanju novega poskusa prenosa okvirjev. Signal Jam mora biti dovolj dolg, da doseže najbolj oddaljene postaje v domeni trka, pri čemer je treba upoštevati dodatno varnostno zakasnitev (SF) na možnih repetitorjih. Vsebina signala zastoja ni kritična, le da se ne sme ujemati s poljem CRC delno poslanega okvirja (802.3), prvih 62 bitov pa naj predstavlja izmenično '1' in '0' z začetnim bitom '1 '.

Slika 11.4. Metoda naključnega dostopa CSMA / CD

Slika 11.5 ponazarja postopek zaznavanja trkov za topologijo vodila (tanek ali debel koaksialni kabel (10Base5 in 10Base2).

Trenutno vozlišče A(DTE A) začne prenašati, seveda posluša lasten oddani signal. V trenutku, ko je okvir skoraj dosegel vozlišče B(DTE B), to vozlišče, ne da bi vedelo, da je prenos že v teku, začne oddajati samo. V določenem trenutku vozlišče B zazna kolizijo (narašča se stalna komponenta električnega signala v nadzorovani liniji). Po tem vozlišče B odda signal zastoja in ustavi prenos. V trenutku signal trka doseže vozlišče A, potem A odda tudi signal zastoja in ustavi prenos.

Slika 11.5. Zaznavanje trkov pri uporabi sheme CSMA/CD

V skladu s standardom IEEE 802.3 vozlišče ne more oddajati zelo kratkih okvirjev ali z drugimi besedami izvajati zelo kratke prenose. Tudi če podatkovno polje ni v celoti izpolnjeno, se pojavi posebno dodatno polje, ki razširi okvir na najmanjšo dolžino 64 bajtov, brez preambule. Čas kanala ST (slot time) je minimalni čas, v katerem mora vozlišče oddati, da zasede kanal. Ta čas ustreza prenosu okvirja najmanjše dovoljene velikosti, ki ga sprejema standard. Čas kanala je povezan z največjo dovoljeno razdaljo med omrežnimi vozlišči – premerom kolizijske domene. Recimo, da zgornji primer izvaja najslabši scenarij, kjer postaje A in B odmaknjeni drug od drugega na največji razdalji. Čas, širjenje signala od A prej B označi z. vozel A začne oddajati ob ničelnem času. vozel B začne oddajati v trenutku in zazna kolizijo po intervalu po začetku prenosa. vozel A zazna trčenje v določenem trenutku. Da se okvir oddaja A, ni bil izgubljen, je potrebno, da vozlišče A ni prenehal oddajati do tega trenutka, od takrat, ko je zaznal trk, vozlišče A bo vedel, da njegov okvir ni prispel, in ga bo poskušal ponovno oddati. V nasprotnem primeru bo okvir izgubljen. Najdaljši čas, po katerem od trenutka začetka prenosa vozlišče A lahko še vedno zazna trčenje enako - ta čas se kliče dvojni čas obratovanja PDV (vrednost zakasnitve poti, PDV)... Na splošno PDV definira skupno zamudo, povezano tako z zamudo zaradi končne dolžine segmenta kot z zamudo, ki nastane, ko se okvirji obdelajo na fizični plasti vmesnih repetitorjev in končnih vozlišč omrežja. Za nadaljnjo obravnavo je priročno uporabiti tudi drugo mersko enoto: malo časa bt (bitni čas). Čas 1 bt ustreza času, ki je potreben za prenos enega bita, t.j. 0,1 μs pri 10 Mbps.

Jasno prepoznavanje trkov s strani vseh postaj v omrežju je nujen pogoj pravilno delo Ethernet omrežja. Če katera koli oddajna postaja ne prepozna kolizije in se odloči, da je podatkovni okvir oddala pravilno, bo ta podatkovni okvir izgubljen. Zaradi prekrivanja signalov med trkom se informacije okvirja popačijo, sprejemna postaja pa jih bo zavrnila (morda zaradi neusklajenosti kontrolne vsote). Najverjetneje bodo popačene informacije ponovno posredovane z nekim protokolom višje ravni, kot je transportni ali povezovalni aplikacijski protokol. Toda ponovni prenos sporočila s protokoli zgornjega sloja bo potekal v veliko daljšem časovnem intervalu (včasih celo po nekaj sekundah) v primerjavi z mikrosekundnimi intervali, v katerih deluje protokol Ethernet. Če torej vozlišča omrežja Ethernet ne bodo zanesljivo prepoznala kolizij, bo to povzročilo opazno zmanjšanje uporabne pasovne širine tega omrežja.

Za zanesljivo odkrivanje trkov mora biti izpolnjeno naslednje razmerje:

T min> = PVD,

kjer je T min čas prenosa najmanjše dolžine okvirja, PDV pa čas, ki je potreben, da se kolizijski signal razširi do najbolj oddaljenega omrežnega vozlišča. Ker mora v najslabšem primeru signal dvakrat preteči med postajama omrežja, ki so najbolj oddaljene ena od druge (nepopačen signal prehaja v eno smer, na poti nazaj pa se širi signal, ki je že popačen zaradi trka), zato tokrat se imenuje dvojni čas obratovanja (vrednost zakasnitve poti, PDV).

Če je ta pogoj izpolnjen, mora oddajna postaja imeti čas, da zazna kolizijo, ki jo povzroči njen oddani okvir, še preden konča oddajanje tega okvirja.

Očitno je izpolnjevanje tega pogoja odvisno na eni strani od dolžine minimalnega okvirja in pasovne širine omrežja, na drugi strani pa od dolžine omrežnega kabelskega sistema in hitrosti širjenja signala v kablu (npr. različni tipi kabla, je ta hitrost nekoliko drugačna).

Vsi parametri protokola Ethernet so izbrani tako, da se med normalnim delovanjem omrežnih vozlišč vedno jasno prepoznajo kolizije. Pri izbiri parametrov je seveda upoštevan tudi zgornji odnos, ki povezuje minimalno dolžino okvirja in največjo razdaljo med postajami v segmentu omrežja.

V standardu Ethernet je sprejeto, da je najmanjša dolžina podatkovnega polja okvirja 46 bajtov (kar skupaj s servisnimi polji daje najmanjšo dolžino okvirja 64 bajtov, skupaj s preambulo pa 72 bajtov ali 576 bitov) .

Pri prenosu velikih okvirjev, na primer 1500 bajtov, se kolizija, če se sploh zgodi, zazna skoraj na samem začetku prenosa, najkasneje pri prvih 64 poslanih bajtih (če do trka v tem trenutku ni prišlo, potem kasneje se ne bo pojavilo, saj vse postaje poslušajo linijo in bodo "slišale" prenos tiho). Ker je signal zastoja veliko krajši od celotne velikosti okvirja, se pri uporabi algoritma CSMA / CD količina uporabljene zmogljivosti kanala v prostem teku zmanjša na čas, potreben za zaznavanje trkov. Zgodnje odkrivanje trkov vodi do učinkovitejše izrabe kanala. Pozno zaznavanje kolizij, ki je značilno za daljša omrežja, ko je kolizijska domena v premeru več kilometrov, kar zmanjšuje učinkovitost omrežja. Na podlagi poenostavljenega teoretičnega modela obnašanja zasedenega omrežja (ob predpostavki velikega števila hkratnih oddajnih postaj in fiksne minimalne dolžine oddanih okvirjev za vse postaje) lahko zmogljivost omrežja U izrazimo v obliki PDV / ST razmerje:

kje je osnova naravnega logaritma. Na zmogljivost omrežja vplivata velikost okvirjev, ki se oddajajo, in premer omrežja. Zmogljivost v najslabšem primeru (ko je PDV = ST) znaša približno 37 %, v najboljšem primeru (ko je PDV veliko manjša od ST) nagiba k 1. Čeprav je formula izpeljana v meji velikega števila postaj, ki poskušajo oddaja hkrati, ne upošteva posebnosti algoritma okrnjene binarne eksponentne zakasnitve, obravnavanega v nadaljevanju, in ne velja za omrežje, ki je močno preobremenjeno s kolizijami, na primer, ko je več kot 15 postaj, ki želijo oddajati.

Okrnjena binarna eksponentna zamuda(okrnjeno binarno eksponentno odmik). Algoritem CSMA/CD, sprejet v standardu IEEE 802.3, je najbližji 1-obstojnemu algoritmu, vendar se razlikuje dodatni element- okrnjena binarna eksponentna zamuda. Ko pride do trka, postaja pri pošiljanju paketa šteje, kolikokrat se zapored zgodi trk. Ker ponavljajoči se trki kažejo na veliko obremenitev okolja, MAC poskuša povečati zamik med ponovnimi poskusi okvirja. Ustrezen postopek za povečevanje časovnih intervalov upošteva pravilo okrnjena binarna eksponentna zamuda.

Naključna pavza je izbrana po naslednjem algoritmu:

Pavza = Lx (interval zakasnitve),

kjer je (interval odmika) = 512 bitnih intervalov (51,2 μs);

L je celo število, izbrano z enako verjetnostjo iz obsega, kjer je N številka ponovnega poskusa danega okvirja: 1,2, ..., 10.

Po 10. poskusu se interval, iz katerega je izbran premor, ne poveča. Tako se lahko naključna pavza giblje od 0 do 52,4 ms.

Če 16 zaporednih poskusov prenosa okvirja povzroči kolizijo, mora oddajnik prenehati poskušati in ta okvir zavreči.

Algoritem CSMA/CD, ki uporablja okrnjeno binarno eksponentno latenco, je priznan kot najboljši med številnimi algoritmi naključnega dostopa in zagotavlja učinkovito delovanje omrežja tako pri nizkih kot pri srednjih obremenitvah. Pri velikih obremenitvah je treba opozoriti na dve pomanjkljivosti. Prvič, pri velikem številu kolizij ima postaja 1, ki bo prvič poslala okvir (še prej še ni poskušala oddajati okvirjev), v prednosti pred postajo 2, ki je že večkrat neuspešno poskušala oddati okvir. krat, naleteli na trke. Ker postaja 2 v skladu z binarnim pravilom eksponentne zamude čaka precej časa pred naslednjimi poskusi. Tako lahko pride do nepravilnega prenosa okvirjev, kar je nezaželeno za časovno odvisne aplikacije. Drugič, pri visoki obremenitvi se učinkovitost omrežja kot celote zmanjša. Ocene kažejo, da se pri hkratnem prenosu 25 postaj skupna pasovna širina zmanjša za približno 2-krat. Toda število postaj v domeni kolizije je lahko večje, saj ne bodo vse hkrati dostopale do okolja.

Prejem okvirja (sl. 11.6)

Slika 11.6. Blok diagram algoritma CSMA/CD (raven MAC): ko postaja sprejemnik okvir

Sprejemna postaja ali druga omrežna naprava, na primer zvezdišče ali stikalo, se najprej sinhronizira s preambulo in nato pretvori Manchestersko kodo v binarno obliko (na fizični ravni). Nato se binarni tok obdela.

Na ravni MAC se preostali biti preambule počistijo in postaja prebere ciljni naslov in ga primerja s svojim. Če se naslova ujemata, se polja okvirja, razen preambule, SDF in FCS, shranijo v medpomnilnik in izračuna se kontrolna vsota, ki se primerja s poljem kontrolnega zaporedja okvirja FCS (z uporabo metode ciklične vsote CRC-32). Če sta enaka, se vsebina medpomnilnika posreduje v protokol višje plasti. V nasprotnem primeru se okvir zavrže. Pojav trka pri prejemu okvirja se zazna bodisi s spremembo električnega potenciala, če je uporabljen koaksialni segment, bodisi z dejstvom, da prejmemo okvarjen okvir, napačno kontrolno vsoto, če se uporablja sukani par ali optično vlakno. V obeh primerih se prejete informacije zavržejo.

Iz opisa metode dostopa je razvidno, da je verjetnostne narave, verjetnost uspešnega pridobivanja skupnega okolja, s katerim razpolaga, pa je odvisna od prezasedenosti omrežja, torej od intenzivnosti potrebe po prenosu okvirja v postaje. Pri razvoju te metode v poznih 70. letih prejšnjega stoletja je bilo predvideno, da je hitrost prenosa podatkov 10 Mbps zelo visoka v primerjavi s potrebami računalnikov po medsebojni izmenjavi podatkov, zato bo obremenitev omrežja vedno majhna. Ta domneva včasih ostaja resnična še danes, vendar so se pojavile multimedijske aplikacije v realnem času, ki so zelo zaposlene na segmentih Ethernet. V tem primeru se trki pojavljajo veliko pogosteje. Pri znatnih stopnjah kolizij uporabna prepustnost omrežja Ethernet močno pade, saj je omrežje skoraj nenehno zasedeno s ponovnim poskusom prenosa okvirjev. Če želite zmanjšati intenzivnost kolizij, morate bodisi zmanjšati promet z zmanjšanjem, na primer, števila vozlišč v segmentu ali zamenjavo aplikacij, ali pa povečati hitrost protokola, na primer preklopiti na Fast Ethernet.

Treba je opozoriti, da metoda dostopa CSMA/CD sploh ne zagotavlja postaji, da bo lahko kadar koli dostopala do medija. Seveda je pri nizki obremenitvi omrežja verjetnost takšnega dogodka majhna, vendar s stopnjo izkoriščenosti omrežja, ki se približuje 1, postane tak dogodek zelo verjeten. Ta pomanjkljivost metode naključnega dostopa je cena, ki jo je treba plačati za njeno izjemno preprostost, zaradi česar je Ethernet najcenejša tehnologija. Druge metode dostopa - Token Ring in dostop žetonov FDDI, metoda Demand Priority omrežij 100VG-AnyLAN - nimajo te pomanjkljivosti.

Zaradi upoštevanja vseh dejavnikov je bilo skrbno izbrano razmerje med minimalno dolžino okvirja in največjo možno razdaljo med omrežnimi postajami, kar zagotavlja zanesljivo zaznavanje kolizij. Ta razdalja se imenuje tudi največji premer omrežja.

S povečanjem hitrosti sličic, ki poteka v novih standardih, ki temeljijo na isti metodi dostopa CSMA / CD, na primer Fast Ethernet, se največja razdalja med omrežnimi postajami zmanjša sorazmerno s povečanjem hitrosti prenosa. V standardu Fast Ethernet znaša približno 210 metrov, pri standardu Gigabit Ethernet pa bi bil omejen na 25 metrov, če razvijalci standarda ne bi sprejeli nekaj ukrepov za povečanje minimalne velikosti paketa.

Tabela 11.1 prikazuje vrednosti osnovnih parametrov standardnega postopka prenosa okvirja 802.3, ki niso odvisni od izvedbe fizičnega medija. Pomembno je omeniti, da vsaka različica fizičnega okolja tehnologije Ethernet doda tem omejitvam svoje, pogosto strožje omejitve, ki jih je treba tudi izpolniti in o katerih bomo razpravljali v nadaljevanju.

Tabela 11.1.Parametri sloja Ethernet MAC

Formati okvirjev Ethernet

Tehnološki standard Ethernet, opisan v dokumentu IEEE 802.3, opisuje format okvirja enega sloja MAC. Ker mora okvir sloja MAC vključevati okvir sloja LLC, opisan v dokumentu IEEE 802.2, se v skladu s standardi IEEE lahko v omrežju Ethernet uporablja samo ena možnost okvirja. povezovalni sloj katerih glava je kombinacija glav podslojev MAC in LLC.

Kljub temu se v praksi v ethernetnih omrežjih na povezovalnem sloju uporabljajo okvirji 4 različnih formatov (tipov). To je posledica dolge zgodovine razvoja tehnologije Ethernet, ki je obstajala pred sprejetjem standardov IEEE 802, ko podsloj LLC ni bil ločen od splošnega protokola in s tem ni bila uporabljena glava LLC.

Leta 1980 je konzorcij treh podjetij Digital, Intel in Xerox odboru 802.3 predložil svojo lastniško različico standarda Ethernet (ki je seveda opisoval določen format okvirja) kot osnutek mednarodnega standarda, vendar je odbor 802.3 sprejel standard ki se v nekaterih podrobnostih razlikuje od ponudb DIX. Razlike so bile tudi v formatu okvirja, ki je povzročil obstoj dveh različnih vrst okvirjev v omrežjih Ethernet.

Druga oblika okvirja je rezultat Novellovih prizadevanj, da bi pospešil svoj protokolni sklad prek Etherneta.

In končno, četrti format okvirja je rezultat dela odbora 802:2, da bi prejšnje formate okvirjev pripeljal do nekega skupnega standarda.

Razlike v formatih okvirjev lahko povzročijo nezdružljivost med strojno in omrežno programsko opremo, ki je zasnovana za delovanje samo z enim standardom okvirja Ethernet. Vendar pa lahko danes skoraj vsi omrežni adapterji, gonilniki omrežnih adapterjev, mostovi/stikala in usmerjevalniki delujejo z vsemi formati okvirjev tehnologije Ethernet, ki se uporabljajo v praksi, in vrsta okvirja se prepozna samodejno.

Spodaj je opis vseh štirih vrst ethernetnih okvirjev (tu okvir pomeni celoten niz polj, ki se nanašajo na povezovalno plast, torej polja plasti MAC in LLC). En in isti tip okvirja ima lahko različna imena, zato je spodaj za vsako vrsto okvirja podanih nekaj najpogostejših imen:

• okvir 802.3 / LLC (okvir 802.3 / 802.2 ali okvir Novell 802.2);
• Raw 802.3 okvir (ali okvir Novell 802.3);
• okvir Ethernet DIX (ali okvir Ethernet II);
• Okvir Ethernet SNAP.

Formati za vse te štiri vrste okvirjev Ethernet so prikazani na sl. 11.7.

Okvir 802.3 / LLC

Glava okvirja 802.3 / LLC je rezultat povezovanja polj glave okvirja, opredeljenih v standardih IEEE 802.3 in 802.2.

Standard 802.3 opredeljuje osem polj glave (slika 11.7; polje preambule in ločilo začetnega okvirja ni prikazano na sliki).

• Polje preambule sestoji iz sedmih sinhronizacijskih bajtov 10101010. V Manchesterskem kodiranju je ta kombinacija v fizičnem mediju predstavljena s periodično valovno obliko s frekvenco 5 MHz.
• Ločilo začetnega okvirja (SFD) je sestavljen iz enega bajta 10101011. Pojav tega bitnega vzorca je pokazatelj, da je naslednji bajt prvi bajt glave okvirja.
• Ciljni naslov (DA) lahko dolga 2 ali 6 bajtov. V praksi se vedno uporabljajo 6-bajtni naslovi. Prvi bit najpomembnejšega bajta ciljnega naslova označuje, ali je naslov posameznik ali skupina. Če je 0, potem je naslov posamezno (enooddajno), a če je 1, potem to multicast naslov.Če je naslov sestavljen iz vseh enih, torej ima šestnajstiško predstavitev 0xFFFFFFFFFFFFFF, potem je namenjen vsem vozliščem v omrežju in se imenuje naslov oddaje.

V standardih IEEE Ethernet je najmanjši bit bajta prikazan na skrajnem levem mestu polja, najpomembnejši bit pa na skrajnem desnem položaju. tole nestandarden način Prikaz vrstnega reda bitov v bajtu ustreza vrstnemu redu, v katerem oddajnik Ethernet prenaša bite v komunikacijsko linijo. V standardih drugih organizacij, na primer RFC IETF, ITU-T, ISO, se uporablja tradicionalna predstavitev bajta, ko se najmanj pomemben bit šteje za skrajni desni bit bajta, najpomembnejši bit pa za skrajni levi. Vendar pa vrstni red bajtov ostaja tradicionalen. Zato pri branju standardov, ki so jih objavile te organizacije, pa tudi pri branju podatkov, prikazanih na zaslonu operacijski sistem ali analizatorja protokolov, je treba vrednosti vsakega bajta ethernetnega okvirja zrcaliti, da dobimo pravilno predstavitev pomena bitov tega bajta v skladu z dokumenti IEEE. Na primer, multicast naslov v zapisu IEEE v obliki 1000 0000 0000 0000 1010 0111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 ali v šestnajstiškem zapisu 80-00-A7-FO0 bo najverjetneje prikazan pro- tradicionalna oblika kot 01-00-5E-0F-00-00.

• Naslov vira (SA) - je 2- ali 6-bajtno polje, ki vsebuje naslov vozlišča, ki je poslalo okvir. Prvi bit naslova je vedno 0.
• Dolžina (Length, L) - 2-bajtno polje, ki določa dolžino podatkovnega polja v okvirju.
• Podatkovno polje lahko vsebuje od 0 do 1500 bajtov. Če pa je dolžina polja manjša od 46 bajtov, se naslednje polje - polje za polnjenje - uporabi za polnjenje okvirja na najmanjšo dovoljeno vrednost 46 bajtov.
• Oblazinjenje sestoji iz čim več polnilnih bajtov, da zagotovi minimalno dolžino podatkovnega polja 46 bajtov. To zagotavlja, da mehanizem za zaznavanje trkov deluje pravilno. Če je dolžina podatkovnega polja zadostna, se polje za polnjenje ne prikaže v okviru.
• Zaporedje preverjanja okvirja (PCS) sestavljen iz 4 bajtov, ki vsebujejo kontrolno vsoto. Ta vrednost se izračuna z uporabo algoritma CRC-32. Po prejemu okvirja delovna postaja izvede lasten izračun kontrolne vsote za ta okvir, prejeto vrednost primerja z vrednostjo polja kontrolne vsote in tako ugotovi, ali je prejeti okvir poškodovan.

Okvir 802.3 je okvir podsloja MAC, zato je v skladu s standardom 802.2 v njegovo podatkovno polje vdelan okvir podsloja LLC z odstranjenimi začetni in končni zastavici. Format okvirja LLC je bil opisan zgoraj. Ker ima okvir LLC dolžino glave 3 (v načinu LLC1) ali 4 bajte (v načinu LLC2), se največja velikost podatkovnega polja zmanjša na 1497 ali 1496 bajtov.

Slika 11.7. Formati okvirjev Ethernet

Podobne informacije.

Predloga tehnologije Ethernet, napisana v doku IEEE 802.3. To je edini opis okvirja formata plasti MAC. V omrežju Ethernet je implementiran samo en tip okvirja povezovalnega sloja, katerega glava je niz glav podplasti MAC in LLC, kar je neke vrste.

• Ethernet DIX / Ethernet II, se je pojavil leta 1980 kot rezultat skupnih robotov treh podjetij Xerox, Intel in Digital, ki so predstavili različico 802.3 kot mednarodni standard;
• Odbor je sprejel 802.3 in ga nekoliko popravil. Takole 802.3 / LLC, 802.3 / 802.2 oz Novell 802.2;
• Surova 802.3 oz Novell 802.3- zasnovani za pospešitev dela njihovega sklada protokolov v omrežjih Ethernet;
• Ethernet SNAP je rezultat odbora 802.2, ki je bil usklajen s skupnim standardom in je postal prilagodljiv za prihodnje morebitno dodajanje področij;

Danes omrežna strojna oprema in programsko opremo so sposobni delati z vsemi formati okvirjev, prepoznavanje okvirjev pa deluje samodejno, kar zmanjša in eno od. Formati okvirjev so prikazani na sliki 1.

Slika 1

Okvir 802.3 / LLC

Glava tega okvirja združuje polja glave okvirjev IEEE 802.3 in 802.2. Standard 802.3 je sestavljen iz:

• Polje preambule- imenovano polje sinhronizacijskih bajtov - 10101010. V Manchesterskem kodiranju se ta koda v fizičnem mediju spremeni v signal s frekvenco 5 MHz.
• Začni ločilo okvirja- je en bajt 10101011. To polje označuje, da je naslednji bajt prvi bajt glave okvirja.
• Ciljni naslov- To polje je lahko dolgo 6 ali 2 bajta. Običajno se to polje uporablja za 6-bajtni naslov MAC.
• Izvorni naslov Je polje, ki vsebuje 6 ali 2 bajta naslova MAC pošiljateljevega vozlišča. Prvi bit je vedno - 0.
• Dolžina- polje, ki ima velikost 2 bajta in vsebuje dolžino podatkovnega polja v okvirju.
• Podatkovno polje- polje je lahko od 0 do 1500 bajtov. Če pa podatki nenadoma zasedajo manj kot 46 bajtov, se uporabi polje rezervirano mesto ki zapolni polje na 46 bajtov.
• Polje nadomestnega mesta- Omogoča izpolnjevanje podatkovnega polja, če je njegova teža manjša od 46 bajtov. Potreben za pravilno delovanje mehanizma za odkrivanje trkov.
• Polje zaporedja preverjanja okvirja- to polje vsebuje 4-bajtno kontrolno vsoto. Uporablja se algoritem CRC-32 /

Ta okvir je okvir podsloja MAC, njegovo podatkovno polje vsebuje okvir podsloja LLC z odstranjenimi zastavicami na koncu in začetku okvirja, ki se prenaša skozi.

Okvir Raw 802.3 / Novell 802.3

Ta okvir je bil včasih protokol omrežni sloj v operacijskem sistemu MetWare. Toda zdaj, ko je potreba po identifikaciji protokola zgornjega sloja izginila, je bil okvir enkapsuliran v okvir MAC okvirja LLC.

Okvir Ethernet DIX / Ethernet II

Ta okvir ima strukturo, ki je podobna tisti pri Ras 802.3. Toda polje z dolžino 2 bajtov ima tukaj dodeljene polja tipa protokola. Označuje vrsto protokola zgornje plasti, ki je svoj paket ugnezdil v podatkovno polje tega okvirja. Ti okvirji se razlikujejo po dolžini polja, če je vrednost manjša od 1500, potem je to polje dolžine, če je več, potem vrsta.

Okvir Ethernet SNAP

Okvir se je pojavil kot posledica odprave nedoslednosti v kodiranju tipov protokolov. Protokol se uporablja tudi v protokolu IP pri inkapsuliranju naslednjih omrežij: Token Ring, FDDI, 100VC-AnyLan. Toda pri prenosu paketov IP prek Etherneta protokol uporablja okvirje Ethernet DIX.

protokol IPX

Ta protokol lahko uporablja vse štiri vrste okvirjev Ethernet. Določi vrsto tako, da preveri odsotnost ali prisotnost polja LLC. Tudi za polji DSAP / SSAP. Če je vrednost polja 0xAA, je to okvir SNAP, sicer pa 802.3 / LLC.

Polji okvirja Preambula (7 bajtov) in Začetni ločilnik okvirja (SFD) (1 bajt) v Ethernetu se uporabljata za sinhronizacijo med oddajno in sprejemno napravo. Teh prvih osem bajtov okvirja se uporablja za pritegnitev pozornosti prejemnih vozlišč. V bistvu prvih nekaj bajtov pove prejemnikom, da se pripravijo na sprejem novega okvirja.

Polje ciljnega naslova MAC

Polje Ciljni naslov MAC (6 bajtov) je identifikator predvidenega prejemnika. Kot se morda spomnite, ta naslov uporablja 2. sloj, da pomaga napravam ugotoviti, ali je dani okvir naslovljen nanje. Naslov v okvirju se primerja z naslovom MAC naprave. Če se naslova ujemata, naprava prejme okvir.

Polje izvornega naslova MAC

Polje Ciljni naslov MAC (6 bajtov) označuje pošiljateljsko NIC ali vmesnik okvirja. Stikala uporabljajo tudi ta naslov, da ga dodajo v svoje tabele preslikav. Vloga stikal bo obravnavana kasneje v tem razdelku.

Dolžina/vrsta polja

Za kateri koli standard IEEE 802.3 pred letom 1997 polje Dolžina določa natančno dolžino podatkovnega polja okvirja. To se kasneje uporablja kot del FCS za zagotovitev, da je bilo sporočilo pravilno prejeto. Če je namen polja definirati tip, kot v Ethernetu II, polje Vrsta opisuje, kateri protokol se izvaja.

Ti dve uporabi polja sta bili leta 1997 uradno združeni v standardu IEEE 802.3x, ker sta bili obe aplikaciji skupni. Polje vrste Ethernet II je vključeno v trenutno definicijo okvirja 802.3. Ko vozlišče prejme okvir, mora pregledati polje Length, da ugotovi, kateri protokol višjega sloja je prisoten v njem. Če je vrednost dveh oktetov večja ali enaka šestnajstiški 0x0600 ali decimalki 1536, se vsebina polja Podatki dekodira glede na določeno vrsto protokola. Če je vrednost polja manjša ali enaka 0x05DC šestnajstiški ali 1500 decimalni, se polje Dolžina uporablja za označevanje uporabe formata okvirja IEEE 802.3. To razlikuje okvire Ethernet II in 802.3.

Podatki in oblazinjenje polj

Polji Data in Padding (46 - 1500 bajtov) vsebujeta enkapsulirane podatke iz višje plasti, ki je tipičen PDU nivoja 3, običajno paket IPv4. Vsi okvirji morajo biti dolgi vsaj 64 bajtov. Če je enkapsuliran manjši paket, se uporabi Padding za povečanje velikosti okvirja na to najmanjšo velikost.

IEEE vzdržuje seznam vrst Ethernet II za splošno uporabo.

EtherNet standard IEEE 802.3

To je danes najbolj razširjen standard omrežne tehnologije.

Posebnosti:

• deluje s koaksialnim kablom, sukanim parom, optičnimi kabli;
• topologija - vodilo, zvezda;
• način dostopa - CSMA / CD.

Arhitektura omrežne tehnologije Ethernet dejansko združuje nabor standardov, ki imajo podobnosti in razlike.

Tehnologija Ethernet je bila razvita v povezavi s številnimi zgodnjimi projekti Xerox PARC. Splošno sprejeto je, da je bil Ethernet izumljen 22. maja 1973, ko je Robert Metcalfe za vodjo PARC napisal beležko o potencialu tehnologije Ethernet. Toda Metcalfe je nekaj let pozneje pridobil zakonito pravico do tehnologije. Leta 1976 sta s svojim pomočnikom Davidom Boggsom izdala brošuro z naslovom Ethernet: porazdeljeno paketno preklapljanje za lokalna računalniška omrežja. Metcalfe je leta 1979 zapustil Xerox in ustanovil 3Com, da bi promoviral računalnike in lokalno računalniških omrežij... Uspelo mu je prepričati DEC, Intel in Xerox, da sodelujejo in razvijejo standard Ethernet (DIX). Ta standard je bil prvič objavljen 30. september 1980.

Nadaljnji razvoj tehnologije EtherNet:

• 1982-1993 razvoj 10Mbps EtherNet;
• 1995-1998 Hitri razvoj EtherNet;
• 1998-2002 razvoj GigaBit EtherNet;
• 2003-2007 razvoj 10GigaBit EtherNet;
• 2007-2010 razvoj 40 in 100 GigaBit EtherNet;
• 2010 do danes razvoj Terabit Ethernet.

Na ravni MAC, ki omogoča dostop do medija in prenos okvirja, za identifikacijo omrežni vmesniki omrežna vozlišča uporabljajo standardizirane edinstvene 6-bajtne naslove, imenovane naslovi MAC. Običajno je naslov MAC zapisan kot šest parov šestnajstiških števk, ločenih s pomišljaji ali dvopičji, na primer 00-29-5E-3C-5B-88. Vsak omrežni adapter ima naslov MAC.

Struktura naslova MAC Ethernet:

• prvi bit ciljnega naslova MAC se imenuje I / G (posamezni / skupinski ali oddajni) bit. V izvornem naslovu se imenuje indikator izvorne poti;
• drugi bit določa, kako je naslov dodeljen;
• Trije najpomembnejši bajti naslova se imenujejo Burned In Address (BIA) ali Organizationally UniqueIdentifier (OUI);
• proizvajalec je odgovoren za edinstvenost spodnjih treh bajtov naslova.

nekaj omrežnih programov, zlasti wireshark, lahko namesto kode proizvajalca takoj prikaže ime proizvajalca dane omrežne kartice.

Format okvirja tehnologije EtherNet

V omrežjih Ethernet obstajajo 4 vrste okvirjev (okvirjev):

• okvir 802.3 / LLC (ali okvir Novell 802.2),
• Raw 802.3 okvir (ali okvir Novell 802.3)
• Okvir Ethernet DIX (ali okvir Ethernet II)
• Okvir Ethernet SNAP.

V praksi oprema EtherNet uporablja samo en format okvirja, in sicer okvir EtherNet DIX, ki se včasih imenuje zadnja številka okvirja DIX.

• Prvi dve polji glave sta za naslove:
• DA (Destination Address) - naslov MAC ciljnega vozlišča;
• SA (Source Address) - MAC naslov vozlišča pošiljatelja. Za dostavo okvirja je dovolj en naslov - ciljni naslov, izvorni naslov je postavljen v okvir, tako da gostitelj, ki je prejel okvir, ve, od koga je okvir prišel in kdo se mora nanj odzvati.
• Polje T (Type) vsebuje pogojno kodo protokola zgornjega sloja, katerega podatki so v podatkovnem polju okvirja, na primer šestnajstiška vrednost 08-00 ustreza prebodu IP. To polje je potrebno za podporo vmesniških funkcij multipleksiranja in demultipleksiranja okvirjev pri medsebojnem delu s protokoli zgornjega sloja.
• Podatkovno polje. Če je dolžina uporabniških podatkov manjša od 46 bajtov, je to polje dopolnjeno z najmanjšimi bajti.
• Polje Zaporedje preverjanja okvirja (FCS) je sestavljeno iz 4-bajtne kontrolne vsote. Ta vrednost se izračuna z uporabo algoritma CRC-32.

Okvir EtherNet DIX (II) ne odraža delitve kanalov Raven EtherNet na plast MAC in plast LLC: njena polja podpirajo funkcije obeh slojev, na primer vmesniške funkcije polja T pripadajo funkcijam sloja LLC, medtem ko vsa druga polja podpirajo funkcije plasti MAC.

Razmislite o formatu okvirja EtherNet II na primeru prestreženega paketa z omrežnim analizatorjem Wireshark

Upoštevajte, da ker je naslov MAC sestavljen iz kode proizvajalca in številke vmesnika, analizator omrežja takoj pretvori kodo proizvajalca v ime proizvajalca.

Tako v tehnologiji EtherNet delujejo naslovi MAC kot ciljni in ciljni naslovi.

standardi tehnologije Ethernet

Fizične specifikacije za tehnologijo Ethernet vključujejo naslednje medije za prenos.

• l0Base-5 - koaksialni kabel s premerom 0,5 "(1dm = 2,54 cm), imenovan "debel" koaksialni kabel, z valovna impedanca 50 ohmov.
• l0Base-2 - 0,25 "koaksialni kabel, imenovan "tanek" koaksialni kabel, z značilno impedanco 50Ω.
• l0Base-T je kabel z neoklopljenim sukanim parom (UTP), kategorije 3,4,5.
• l0Base-F - kabel iz optičnih vlaken.

Številka 10 označuje nazivno bitno hitrost standardnih podatkov, to je 10 Mbit / s, beseda "Base" pa je način prenosa na eni osnovni frekvenci. Zadnji znak označuje vrsto kabla.

Kabel se uporablja kot mono kanal za vse postaje, največja dolžina segmenta je 500m. Postaja je povezana s kablom preko oddajnika - oddajnika. Oddajnik se poveže z omrežni adapter Konektor DB-15 z vmesniškim kablom AUI. Terminatorji so potrebni na vsakem koncu, da absorbirajo signale, ki potujejo skozi kabel.

Pravila "5-4-3" za koaksialna omrežja:

Standard za koaksialna kabelska omrežja dovoljuje uporabo največ 4 repetitorjev v omrežju in s tem največ 5 kabelskih segmentov. Pri največji dolžini kabelskega segmenta 500 m to daje največjo dolžino omrežja 500 * 5 = 2500 m. Naloži se lahko le 3 od 5 segmentov, torej tiste, na katere so povezana končna vozlišča. Med naloženimi segmenti morajo biti neobremenjeni segmenti.

l0Base-2

Kabel se uporablja kot mono kanal za vse postaje, največja dolžina segmenta je 185 m. Za priključitev kabla na omrežno kartico potrebujete T-konektor, kabel pa mora imeti BNC konektor.

Uporablja se tudi pravilo 5-4-3.

l0Base-T

Oblikuje topologijo zvezde, ki temelji na zvezdišču, pesto deluje kot repetitor in tvori en sam monokanal, največja dolžina segmenta je 100 m. Končna vozlišča so povezana z dvema sukani pari... En par za prenos podatkov od vozlišča do vozlišča je Tx, drugi pa za prenos podatkov od vozlišča do vozlišča je Rx.
Pravila štirih vozlišč za omrežja z zvitimi pari:
Standard zvitih parov določa največje število vozlišč med katerima koli dvema postajama v omrežju, in sicer 4. To pravilo se imenuje "pravilo 4 vozlišč". Očitno je, da če med katerima koli dvema omrežnima vozliščema ne bi smelo biti več kot 4 repetitorji, je največji premer omrežja z zvitim parom 5 * 100 = 500 m (največja dolžina segmenta je 100 m).

10Base-F

Funkcionalno je Ethernet prek optičnega kabla sestavljen iz istih elementov kot omrežje 10Base-T

Fiber Optic Inter-Repeater Link (FOIRL) je prvi standard odbora 802.3 za uporabo vlaken prek Etherneta. Največja dolžina segmenta 1000 m, največje število vozlišč 4, s skupno dolžino omrežja največ 2500 m.

10Base-FL je manjša izboljšava standarda FOIRL. Največja dolžina segmenta 2000 m. Največje število vozlišč je 4, največja dolžina omrežja pa 2500 m.

Standard 10Base-FB je namenjen samo povezovanju repetitorjev. Končna vozlišča ne morejo uporabiti tega standarda za povezovanje s vrati vozlišča. Največje število vozlišč 5, največja dolžina enega segmenta 2000 m in največja dolžina omrežja 2740 m.

Tabela. Parametri specifikacije fizične plasti Ethernet

Pri upoštevanju pravila "5-4-3" ali "4-pesta" se, če se na poti širjenja po kablih pojavi namišljeni signal iz stikalne naprave, se izračun topoloških omejitev začne od nič.

Pasovna širina Etherneta

Pasovna širina se meri glede na število okvirjev ali število bajtov podatkov, ki se prenašajo po omrežju na enoto časa. Če v omrežju ne pride do kolizij, največja hitrost prenos okvirjev najmanjše velikosti (64 bajtov) je 14881 sličic na sekundo. Hkrati je uporabna pasovna širina za okvirje Ethernet II 5,48 Mbps.

Največja hitrost sličic za največjo velikost okvirja (1500 bajtov) je 813 sličic na sekundo. Uporabna pasovna širina bo 9,76 Mbps.

Razvoj multimedijskih tehnologij je povzročil potrebo po povečanju zmogljivosti komunikacijskih linij. V zvezi s tem je bila razvita tehnologija Gigabit Ethernet, ki zagotavlja prenos podatkov s hitrostjo 1 Gbit / s. Pri tej tehnologiji, tako kot pri Fast Ethernetu, se je ohranila kontinuiteta s tehnologijo Ethernet: formati okvirjev so ostali praktično nespremenjeni, preživela način dostopa CSMA/ CD v pol dupleksnem načinu. Na logični ravni se uporablja kodiranje 8 B/10 B... Ker se je hitrost prenosa v primerjavi s Fast Ethernetom povečala za 10-krat, je bilo potrebno oz zmanjšajte premer mreže na 20 - 25 m, bodisi povečajte najmanjšo dolžino okvirja... Pri tehnologiji Gigabit Ethernet so izbrali drugo pot in povečali minimalno dolžino okvirja na 512 bajtov namesto 64 bajtov v tehnologiji Ethernet in Fast Ethernet. Premer mreže je 200 m, kot v Fast Ethernet. Dolžino okvirja lahko povečate na dva načina. Prva metoda vključuje izpolnjevanje podatkovnega polja kratkega okvirja s simboli prepovedanih kodnih kombinacij, pri čemer bodo omrežni stroški. Po drugi metodi je dovoljeno oddajati več kratkih okvirjev zapored s skupno dolžino do 8192 bajt.

Današnja omrežja Gigabit Ethernet so običajno stikala in delujejo v polnem dupleksnem načinu. V tem primeru ne govorimo o premeru omrežja, temveč o dolžini segmenta, ki jo določajo tehnična sredstva fizične plasti, najprej fizični medij prenosa podatkov. Gigabitni Ethernet omogoča uporabo:

enomodni optični kabel; 802.3 z

večmodni optični kabel; 802.3 z

Uravnotežen UTP kabel kategorije 5; 802.3 ab

koaksialni kabel.

Pri prenosu podatkov po optičnem kablu se bodisi LED diode, ki delujejo na valovni dolžini, uporabljajo kot oddajniki 830 nm ali laserji - na valovni dolžini 1300 nm. Po tem standardu 802.3 z opredelili dve specifikaciji 1000 Osnova- SX in 1000 Osnova- LX... Največja dolžina segmenta, izvedena na večmodnem kablu 62,5 / 125 specifikacije 1000Base-SX, je 220 m, na kablu 50/125 pa ne več kot 500 m. Največja dolžina segmenta, implementirana na enomodni specifikaciji 1000Base-LX je 5000 m. Dolžina segmenta na koaksialnem kablu ne presega 25 m.

Za uporabo obstoječih uravnoteženih UTP kablov kategorije 5 je bil razvit standard 802.3 ab... Ker je treba v tehnologiji Gigabit Ethernet podatke prenašati s hitrostjo 1000 Mbit / s, sukani par kategorije 5 pa ima pasovno širino 100 MHz, je bilo odločeno, da se podatki prenašajo vzporedno prek 4 sukanih parov in uporabi UTP kategorije 5 ali 5e. s pasovno širino 125 MHz. Tako je za vsak sukani par potreben prenos podatkov s hitrostjo 250 Mbit / s, kar je 2-krat višje od zmogljivosti kategorije UTP 5e. Za odpravo tega protislovja se uporablja koda 4D-PAM5 s petimi potencialnimi ravnmi (-2, -1, 0, +1, +2). Vsak par žic hkrati oddaja in sprejema podatke s hitrostjo 125 Mbit / s v vsako smer. V tem primeru pride do trkov, pri katerih nastanejo signali kompleksne oblike petih nivojev. Ločitev vhodnega in izhodnega toka se izvede s pomočjo hibridnih ločevalnih shem H(Slika 5.4). Kot take sheme se uporabljajo signalnih procesorjev... Za ekstrakcijo prejetega signala sprejemnik od celotnega (oddanega in prejetega) signala odšteje svoj lastni oddani signal.

Tako tehnologija Gigabit Ethernet zagotavlja hitro izmenjavo podatkov in se uporablja predvsem za prenos podatkov med podomrežji, pa tudi za izmenjavo večpredstavnostnih informacij.

riž. 5.4. Prenos podatkov preko 4 parov UTP kategorije 5

Standard IEEE 802.3 priporoča, da je Gigabit Ethernet z optičnim prenosom hrbtenica. Časovne reže, format okvirja in prenos so skupni vsem različicam 1000 Mbps. Fizični sloj je določen z dvema shemama kodiranja signala (slika 5.5). shema 8 B/10 B uporablja za optična vlakna in bakreno oklopljeni kabli. Za uravnotežene kable UTP Uporablja se impulzna amplitudna modulacija (kod PAM5 ). Tehnologija 1000 BAZA- X uporablja logično kodiranje 8 B/10 B in linijsko kodiranje ( NRZ).

Slika 5.5. Specifikacije tehnologije Gigabit Ethernet

Signali NRZ se prenaša po vlaknih s kratkimi valovi ( kratek- valovna dolžina), ali dolgovalovni ( dolga- valovna dolžina) viri svetlobe. LED diode z valovno dolžino 850 nm za prenos preko večmodnega optičnega vlakna (1000BASE-SX). Ta cenejša možnost se uporablja za prenos na kratke razdalje. Dolgovalovni laserski viri ( 1310 nm) uporabite enomodno ali večmodno optično vlakno (1000BASE-LX). Viri enomodnega optičnega laserja so sposobni prenašati informacije na razdaljo do 5000 m.

V povezavah od točke do točke ( točka- do- točka) za prenos ( Tx) in sprejem ( Rx), zato se uporabljajo ločena vlakna, polni dupleks povezavo. Tehnologija Gigabit Ethernet vam omogoča samo namestitev en repetitor med obema postajama. Spodaj so parametri tehnologij 1000BASE (tabela 5.2).

Tabela 5.2

Primerjalne značilnosti specifikacij Gigabit Ethernet

Gigabitna ethernetna omrežja so zgrajena okoli stikal, kjer je polna razdalja dupleksa omejena samo z okoljem in ne s časom povratne vožnje. V tem primeru je praviloma topologija " zvezda"ali" podaljšana zvezda”In težave določata logična topologija in pretok podatkov.

Standard 1000BASE-T uporablja skoraj enak UTP kabel kot standarda 100BASE-T in 10BASE-T. Kabel UTP 1000BASE-T je enak kablu 10BASE-T in 100BASE-TX, le da je priporočljiv kabel kategorije 5e. Z dolžino kabla 100 m oprema 1000BASE-T deluje na svojih mejah.