logo
Новая папка / Комп'ютерні мережі / Лекція 7

2 Мережі Ethernet й Fast Ethernet

Найбільше поширення серед стандартних мереж одержала мережа Ethernet. Уперше вона з'явилася в 1972 році (розробником виступила відома фірма Xerox). Мережа виявилася досить вдала, і внаслідок цього її в 1980 році підтримали такі найбільші компанії, як DEC й Intel (об'єднання цих компаній назвали DIX по перших буквах їхніх назв). Їхніми стараннями в 1985 році мережа Ethernet стала міжнародним стандартом, її прийняли найбільші міжнародні організації по стандартах: комітет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) і ECMA (European Computer Manufacturers Association).

Стандарт одержав назву IEEE 802.3 (по-англійському читається як "eight oh two dot three"). Він визначає множинний доступ до моноканалу типу шина з виявленням конфліктів і контролем передачі, тобто із уже згадуваним методом доступа CSMA/CD. Цьому стандарту задовольняли й деякі інші мережі, тому що рівень його деталізації невисокий. У результаті мережі стандарту IEEE 802.3 нерідко були несумісні між собою як по конструктивним, так і по електричних характеристиках. Однак останнім часом стандарт IEEE 802.3 вважається стандартом саме мережі Ethernet.

Основні характеристики первісного стандарту IEEE 802.3:

Строго говорячи, між стандартами IEEE 802.3 й Ethernet існують незначні відмінності, але про їх звичайно не згадують.

Мережа Ethernet зараз найбільш популярна у світі (більше 90% ринку), приблизно такий вона й залишиться в найближчі роки. Цьому в чималому ступені сприяло те, що із самого початку характеристики, параметри, протоколи мережі були відкриті, у результаті чого величезне число виробників в усім світі стали випускати апаратури Ethernet, повністю сумісну між собою.

У класичній мережі Ethernet застосовувався 50-омний коаксіальний кабель двох видів (товстий і тонкий). Однак останнім часом (з початку 90-х років) найбільше поширення одержала версія Ethernet, що використає як середовище передачі скручені пари. Визначений також стандарт для застосування в мережі оптоволоконного кабелю. Для обліку цих змін у споконвічний стандарт IEEE 802.3 минулого зроблені відповідні додавання. В 1995 році з'явився додатковий стандарт на більше швидку версію Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт/с (так званий Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u), що використає як середовище передачі скручену пару або оптоволоконний кабель. В 1997 році з'явилася й версія на швидкість 1000 Мбіт/с (GigabitEthernet, стандарт IEEE 802.3z).

Окрім стандартної топологіюї шина усе ширше застосовуються топології типу пасивна зірка й пасивне дерево. При цьому передбачається використання репітерів і репітерних концентраторів, що з'єднують між собою різні частини (сегменти) мережі. У результаті може сформуватися деревоподібна структура на сегментах різних типів (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Класична топологія мережі Ethernet

Як сегмент (частини мережі) може виступати класична шина або одиничний абонент. Для шинних сегментів використовується коаксіальний кабель, а для променів пасивної зірки (для приєднання до концентратора одиночних комп'ютерів) – скручена пари й оптоволоконний кабель. Головна вимога до отриманої в результаті топології – щоб у ній не було замкнутих шляхів (петель). Фактично виходить, що всі абоненти з'єднані у фізичну шину, тому що сигнал від кожного з них поширюється відразу в усі сторони й не повертається назад (як у кільці).

Максимальна довжина кабелю мережі в цілому (максимальний шлях сигналу) теоретично може досягати 6,5 кілометрів, але практично не перевищує 3,5 кілометрів.

У мережі Fast Ethernet не передбачена фізична топологія шина, використовується тільки пасивна зірка або пасивне дерево. До того ж в Fast Ethernet набагато більше тверді вимоги до граничної довжини мережі. Адже при збільшенні в 10 разів швидкості передачі й збереженні формату пакета його мінімальна довжина стає в десять разів коротше. У такий спосіб в 10 разів зменшується припустима величина подвійного часу проходження сигналу по мережі (5,12 мкс проти 51,2 мкс в Ethernet ).

Для передачі інформації в мережі Ethernet застосовується стандартний манчестерский код.

Доступ до мережі Ethernet здійснюється по випадковому методі CSMA/CD, що забезпечує рівноправність абонентів. У мережі використаються пакети змінної довжини зі структурою, представленої на рис. 7.2. (цифри показують кількість байт)

Рис. 7.2. Структура пакета мережі Ethernet

Довжина кадру Ethernet (тобто пакета без преамбули) повинна бути не менш 512 бітових інтервалів або 51,2 мкс (саме така гранична величина подвійного часу проходження в мережі). Передбачено індивідуальна, групова й широкомовна адресація.

В пакет Ethernet входять наступні поля:

Таким чином, мінімальна довжина кадру (пакета без преамбули) становить 64 байт (512 біт). Саме ця величина визначає максимально припустиму подвійну затримку поширення сигналу по мережі в 512 бітових інтервалів (51,2 мкс для Ethernet або 5,12 мкс для Fast Ethernet ). Стандарт припускає, що преамбула може зменшуватися при проходженні пакета через різні мережні пристрої, тому вона не враховується. Максимальна довжина кадру дорівнює 1518 байтам (12144 біта, тобто 1214,4 мкс дляEthernet, 121,44 мкс для Fast Ethernet ). Це важливо для вибору розміру буферної пам'яті мережного встаткування й для оцінки загальної завантаженості мережі.

Для мережі Ethernet, що працює на швидкості 10 Мбіт/с, стандарт визначає чотири основних типи сегментів мережі, орієнтованих на різні середовища передачі інформації:

Найменування сегмента містить у собі три елементи: цифра "10" означає швидкість передачі 10 Мбіт/с, слово BASE – передачу в основній смузі частот (тобто без модуляції високочастотного сигналу), а останній елемент – припустиму довжину сегмента: "5" – 500 метрів, "2" – 200 метрів (точніше, 185 метрів) або тип лінії зв'язку: "Т" – кручена пари (від англійського "twisted-pair"), "F" – оптоволоконний кабель (від англійського "fiber optic").

Точно так само для мережі Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт/с ( Fast Ethernet ) стандарт визначає три типи сегментів, що відрізняються типами середовища передачі:

Тут цифра "100" означає швидкість передачі 100 Мбіт/с, буква "Т" – кручену пару, буква "F" – оптоволоконний кабель. Типи 100BASE-TX й 100BASE-FX іноді поєднують під ім'ям 100BASE-X, а 100BASE-T4 й 100BASE-TX – під ім'ям 100BASE-T.

Докладніше особливості апаратур Ethernet, а також алгоритм керування обміном CSMA/CD й алгоритму обчислення циклічної контрольної суми (CRC) будуть розглянуті далі в спеціальних розділах курсу. Тут слід зазначити тільки те, що мережа Ethernet не відрізняється ні рекордними характеристиками, ні оптимальними алгоритмами, вона уступає по ряду параметрів іншим стандартним мережам. Але завдяки потужній підтримці, найвищому рівню стандартизації, величезним обсягам випуску технічних засобів, Ethernet вигідно виділяється серед інших стандартних мереж, і тому будь-яку іншу мережну технологію прийнято порівнювати саме з Ethernet.

Розвиток технології Ethernet іде по шляху все більшого відходу від первісного стандарту. Застосування нових середовищ передачі й комутаторів дозволяє істотно збільшити розмір мережі. Відмова від манчестерского коду (у мережі Fast Ethernet й GigabitEthernet) забезпечує збільшення швидкості передачі даних і зниження вимог до кабелю. Відмова від методу керування CSMA/CD (при повнодуплексному режимі обміну) дає можливість різко підвищити ефективність роботи й зняти обмеження з довжини мережі. Проте, всі нові різновиди мережі також називаються мережею Ethernet.