1. 2 Мережі Ethernet і Fast Ethernet

За час, що пройшов з появи перших локальних мереж, було розроблено декілька сотень самих різних мережевих технологій, проте помітного поширення набули всього декілька мереж, що пов'язане перш за все з підтримкою цих мереж відомими фірмами і з високим рівнем стандартизації принципів їх організації. Далеко не завжди стандартні мережі мають рекордні характеристики, забезпечують найбільш оптимальні режими обміну, але великі об'єми випуску їх апаратури і, отже, її невисока вартість забезпечують їм величезні переваги. Важливо і те, що виробники програмних засобів також в першу чергу орієнтуються на найпоширеніші мережі. Тому користувач, що вибирає стандартні мережі, має повну гарантію сумісності апаратури і програм.

В даний час тенденція зменшення кількості типів використовуваних мереж все посилюється. Річ у тому, що збільшення швидкості передачі в локальних мережах до 100 і навіть до 1000 Мбит/с вимагає застосування самих передових технологій, проведення серйозних і дорогих наукових досліджень. Природно, це можуть дозволити собі тільки найбільші фірми, які, звичайно ж, підтримують свої стандартні мережі і їх більш довершені різновиди. До того ж більшість споживачів вже встановили у себе якісь мережі і зовсім не бажає відразу і повністю замінювати все мережеве устаткування на інше, нехай навіть в чомусь краще. Тому в найближчому майбутньому навряд чи варто чекати ухвалення принципово нових стандартів.

На ринку є стандартні локальні мережі всіх можливих топологий, так що вибір у користувачів є. Стандартні мережі забезпечують великий діапазон допустимих розмірів мережі, допустимої кількості абонентів мережі і, що не менш важливий, великий діапазон цін на апаратуру. Але проблема вибору тієї або іншої мережі все одно залишається непростою. Адже на відміну від програмних засобів, замінити які зовсім не важко, вибрана апаратура

зазвичай служить багатьох років, оскільки її заміна веде не тільки до великих витрат засобів, але і до необхідності перекладання кабелів, а то і до перегляду всієї системи комп'ютерних засобів фірми. Тому помилки у виборі апаратури набагато дорожче за помилки у вибиранні програмних засобів.

Ми зупинимося в даному розділі на основних особливостях апаратури найбільш популярних локальних мереж, що, як ми сподіваємося, допоможе читачеві зробити правильний вибір.

Наибольшее розповсюдження серед стандартних мереж .получила мережа Ethernet. Вперше вона з'явилася в 1972 році (розробником виступила відома фірма Xerox). Мережа виявилася досить вдалою, і внаслідок цього її в 1980 році підтримали такі найбільші фірми, як DEC і Intel (об'єднання цих фірм, підтримуючих Ethernet, назвали DIX по перших буквах їх назв). Стараннями цих фірм в 1985 році мережа Ethernet стала міжнародним стандартом, її прийняли найбільші міжнародні організації за стандартами: комітет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) і ЕСМА (European Computer Manufacturers Association).

Стандарт отримав назву IEEE 802.3 (по-англійськи читається як «eight oh two dot three»). Він визначає множинний доступ до моноканалу типу «шина» з виявленням конфліктів і контролем передачі, тобто з вже згадуваним методом доступу CSMA/CD. Взагалі-то треба сказати, що цьому стандарту задовольняють і деякі інші мережі, оскільки він не дуже сильно деталізований. В результаті мережі стандарту IEEE 802.3 нерідко несумісні між собою як по конструктивних, так і по електричних характеристиках. Основні характеристики стандарту IEEE 802.3 наступні: топологія - шина, середовище передачі - коаксіальний кабель, швидкість передачі - 10 Мбит/с, максимальна довжина - 5 км., максимальна кількість абонентів - до 1024, довжина сегменту мережі - до 500 м, кількість абонентів на одному сегменті - до 100, метод доступу -CSMA/CD, передача узкополосная, тобто без

модуляції (моноканал).

Строго кажучи, між стандартами IEEE 802.3 і Ethernet існують невеликі відмінності, але про них зазвичай вважають за краще не згадувати.

Мережа Ethernet зараз найбільш популярна в світі (більше 70 мільйонів абонентів мережі в 1996 році, понад 100 мільйонів абонентів в 1997 році, або більше 80% ринку), і немає сумніву, що такий вона і залишиться найближчими роками. Цьому неабиякою мірою сприяло те, що із самого початку всі характеристики, параметри, протоколи мережі були відкриті для всіх, внаслідок чого величезне число виробників у всьому світі стали випускати апаратуру Ethernet, повністю сумісну між собою.

У класичній мережі Ethernet застосовується 50-омный коаксіальний кабель двох видів (товстий і тонкий). Проте останнім часом (з початку 90-х років) всього більшого поширення набуває версія Ethernet, що використовує як середовище передачі виті пари. Визначений також стандарт для застосування в мережі оптоволоконного кабелю. До стандартів були внесені відповідні додавання. У 1995 році з'явився стандарт на швидшу версію Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбит/с (так званий Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u), що використовує як середовище передачі виту пару або оптоволоконний кабель. З'явилася і версія на швидкість 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet, стандарт IEEE 802.3z).

Крім стандартної топології «шина» застосовуються також топології типу «пасивна зірка» і «пасивне дерево». При цьому передбачається використання репітерів і пасивних (репітерних) концентраторів, що сполучають між собою різні частини (сегменти) мережі (мал. 5.1). Як сегмент може також виступати одиничний абонент. Коаксіальний кабель використовується для шинних сегментів, а витаючи пара і оптоволоконний кабель - для променів пасивної зірки (для приєднання до концентратора одиночних комп'ютерів). Головне - щоб в отриманій в результаті топології не було замкнутих шляхів (петель). Фактично виходить, що абоненти сполучені у фізичну шину,

оскільки сигнал від кожного з них розповсюджується відразу на всі боки і не повертається назад (як в кільці). Максимальна довжина кабелю всієї мережі в цілому (максимальний шлях сигналу) теоретично може досягати 6,5 км., але практично не перевищує 2,5 км.

У мережі Fast Ethernet не передбачена фізична топологія «шина», використовується тільки «пасивна зірка» або «пасивне дерево». До того ж в Fast Ethernet набагато жорсткіші вимоги до граничної довжини мережі. Адже при збільшенні в 10 разів швидкості передачі і збереженні формату пакету його мінімальна довжина стає вдесятеро коротше (5,12 ікс проти 51,2 мкс в Ethernet). Допустима величина подвійного часу проходження сигналу по мережі зменшується в 10 разів.

Рис. 1 Топологія мережі Ethernet

ОбычныйТерминСписокопределенийАдресЦитатыФорматированныйконецформыначалоформыДоступ до мережі Ethernet здійснюється по випадковому методу CSMA/ CD, що забезпечує повне рівноправ'я абонентів. У мережі використовуються пакети

змінної довжини із структурою, представленою на мал. 5.2. Довжина кадру Ethernet (тобто пакету без преамбули) повинна бути не меншого 512 бітових інтервалів, або 51,2 мкс (саме така гранична

величина подвійного часу проходження в мережі). Передбачена індивідуальна, групова і широкомовна адресація.

У пакет Ethernet входять наступні поля:

Преамбула складається з 8 байт, перші сім з яких є кодом 10101010, а останній восьмий - код 10101011. У стандарті IEEE 802.3 цей останній байт називається ознакою початку кадру (SFD - Start of Frame Delimiter) і утворює окреме поле пакету.

· Адреса одержувача (приймача) і адреса відправника (передавача) включають по 6 байт і будуються за стандартом, описаним в розділі 3.2. Ці адресні поля обробляються апаратурою абонентів.

· Поле управління (L/T - Length/Type) містить інформацію про довжину поля даних. Воно може також визначати тип використовуваного протоколу. Прийнято вважати, що якщо значення цього поля не більше 1500, то воно визначає довжину поля даних. Якщо ж його значення більше 1500, то воно визначає тип кадру. Поле управління обробляється програмно.

· Поле даних повинне включати від 46 до 1500 байт даних. Якщо пакет повинен містити менше 46 байт даних, то поле даних доповнюється байтами заповнення. Згідно стандарту IEEE 802.3, в структурі пакету виділяється спеціальне поле заповнення (pad data - незначущі дані), яке може мати нульову довжину, коли дані досить (більше 46 байт).

· Поле контрольної суми (FCS - Frame Check Sequence) містить 32-розрядну циклічну контрольну суму пакету (CRC) і служить для перевірки правильності передачі пакету.

Таким чином, мінімальна довжина кадру (пакету без преамбули) складає 64 байти (512 битий). Саме ця величина визначає максимально допустиму

подвійну затримку розповсюдження сигналу по мережі в 512 бітових інтервалів (51,2 мкс для Ethernet, 5,12 мкс для Fast Ethernet). Стандарт припускає, що преамбула може зменшуватися при проходженні пакету через різні мережеві пристрої, тому вона не враховується. Максимальна довжина кадру рівна 1518 байтам (12144 бита, тобто 1214,4 мкс для Ethernet, 121,44 мкс для Fast Ethernet). Це важливо для вибору розміру буферної пам'яті мережевого устаткування і для оцінки загальної завантаженості мережі.

Для мережі Ethernet, що працює на швидкості 10 Мбит/с, стандарт визначає чотири основні типи середовища передачі інформації:

10BASE5 (товстий коаксіальний кабель);

· 10 BASE2 (тонкий коаксіальний кабель);

· 1OBASE-T (витаючи пара);

· 10BASE-FL (оптоволоконний кабель).

Позначення середовища передачі включає три елементи: цифра «10» означає швидкість передачі 10 Мбит/с, слово BASE означає передачу в основній смузі частот (тобто без модуляції високочастотного сигналу), а останній елемент означає допустиму довжину сегменту: «5» - 500 метрів, «2» - 200 метрів (точніше, 185 метрів) або тип лінії зв'язку: «Т» -витая пари (від англійського «twisted-pair»), «F» - оптоволоконний кабель (від англійського «fiber optic»).

Так само для мережі Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбит/с (Fast Ethernet) стандарт визначає три типи середовища передачі:

100BASE-T4 (счетверенная вита пара);

· 100BASE-TX (здвоєна вита пара);

· 100BASE-FX (оптоволоконний кабель).

Тут цифра «100» означає швидкість передачі 100 Мбит/с, буква «Т» означає виту пару, буква «F» - оптоволоконний кабель. Типи 1OOBASE-ТХ і 100BASE-FX іноді об'єднують під ім'ям 100BASE-X, а 100BASE-T4 і 100BASE-TX - під ім'ям 100BASE-T.

Докладніше за особливість апаратури Ethernet, а також алгоритму управління обміном CSMA/CD і алгоритму обчислення циклічної контрольної суми (CRC) будуть розглянуті далі в спеціальних розділах книги. Тут же ми тільки відзначимо, що мережа Ethernet не відрізняється ні рекордними характеристиками, ні оптимальними алгоритмами, вона поступається по ряду параметрів іншим стандартним мережам. Але завдяки могутній підтримці, високому рівню стандартизації, величезним об'ємам випуску технічних засобів, Ethernet різко виділяється серед інших стандартних мереж, і тому будь-яку іншу мережеву технологію прийнято порівнювати саме з Ethernet.