Конспект лекции 9. Технология Ethernet.

Технология Ethernet

Ethernet - это семейство технологий, которые используются для сетей с пакетной передачей данных (коммутацией пакетов).

Название Ethernet переводится буквально как «эфирная сеть». Технология Ethernet используется для проводных локальных сетей с разделяемой средой.

Разделяемая среда - это общая для всех устройств сети линия связи. Пример - общая шина. Принцип этой технологии прост и схож с радиовещанием: данные, которые поступают в сеть, одновременно принимаются всеми остальными участниками сети.

Однако, в настоящее время (как мы уже знаем) для передачи пакета данных конкретному пользователю используются коммутаторы. Это повышает работу сети.

В общем, технология Ethernet описывает технологии для физического и канального уровня модели OSI.

Попробуйте объяснить, каким образом коммутаторы повышают скорость сети.

Используемые линии связи

Первые две версии Ethernet в качестве линий связи использовали коаксиальный кабель. Однако, в последующем, появилась возможность использования витых пар и оптоволоконных кабелей.

Обозначим преимущества двух последних типов линий связи, относительно коаксиального кабеля:

• Дуплексный режим;
• Низкая стоимость (витая пара);
• Более высокая надёжность. Достигается из-за использования топологии «звезда»;
• Более высокая помехоустойчивость;
• Возможность питания маломощных сетевых устройств.

Метод доступа CSMA/CD

Познакомимся с понятием метода доступа.

Метод доступа - это способ определения порядка доступа устройств к сети для обмена данными.

Как мы помним, Ethernet использует общую среду передачи данных (ПД). Поэтому при построении сети без использования коммутаторов и других более высокоуровневых сетевых устройств, используется метод доступа CSMA/CD, который реализуется сетевыми картами компьютеров.

CSMA/CD (Carrier Sense Multiplie Access with Collision Detection - множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий) - это технология IEEE 802.3, которая описывает множественный доступ к локальной сети с контролем коллизий.

IEEE (Institut electrical and electronics engineers) - институт инженеров электротехники и электроники. Читается как «ай трипл и».

Технология CSMA/CD работает следующим образом.

Если во время передачи кадра компьютер обнаруживает другой сигнал, то он останавливает ПД, посылает сигнал «преднамеренной помехи» и ждёт некоторое время, после чего пытается отправить кадр вновь.

Коллизии в данной технологии находятся путём сравнения передаваемой и получаемой информации. В случае несовпадения, передача данных приостанавливается, компьютер посылает сигнал «преднамеренной помехи», чтобы оповестить другие компьютеры о случившемся, после чего вновь начинает работу.

Общее устройство кадра Ethernet

В общем, кадр Ethernet выглядит следующим образом:

Вспомните определение канального уровня модели OSI.

Как можно вспомнить, pdu «Кадр» используется только на канальном уровне модели OSI. На этом уровне реализуется только MAC-адресация.

MAC (Media Access Control) - это нижний подуровень канального уровня OSI, который отвечает за обеспечение доступа к линиям связи и адресацией хостов (конечных узлов). Этот подуровень отвечает за множественный доступ к сети. Использует топологии «шина», «кольцо». Из сетевого оборудования - концентратор (хаб, hub).

MAC-адресация

При проектировании стандарта Ethernet учли, что у каждого сетевого устройства с завода будет установлен уникальный идентификатор - шестибайтовый номер, который назыфвается MAC-адресом.

Обычно MAC-адрес обозначается в виде шестнадцатиричного числа, каждыйе два разряда которого отделены двоеточием или тире.

Так как сетевые устройства изготавливаются различными организациями, был принят стандарт, который гласит, что три старших байта будут отводиться как идентификатор организации ( OUI - уникальный идентификатор организации). Организация запрашивает OUI у IEEE Registration Authority.

Оставшиеся три байта отводятся под идентификацию выпускаемых устройств.

Получается, что у каждой организации есть возможность реализовать 2в24 ~ 16 млн устройств. В случаях, когда данного диапазона станет недостаточно, организация может запросить новый. Соответственно, у организации может быть несколько идентификаторов вначале адреса.

Попробуйте посчитать, сколько всего MAC-адресов можно получить.

Не смотря на то, что адресвыдается «с завода», есть возможность его программной замены. Это возможно из-за особенностей ОС? При первой инициализации сетевого устройства, его MAC-адрес записывается в ПЗУ, и при каждом последующем запуске извлекается оттуда. В ОС Windows, начиная с Windows98, есть возможность изменения MAC-адреса в реестре.

Разновидность Ethernet

Для различных скоростей и сред ПД существуют несколько вариантов технологий. Однако, независимо от вида, Ethernet в большинстве случаев сетевой стек работает одинаково. Это очень большой плюс - совместимость разных версий Ethernet.

В данной лекции не будут затрагиваться устаревшие виды технологий.

Сначала изучим, как формируется название стандартов.

Распространённые стандарты

FastEthernet (макс.скорость - 100 Мбит/сек)

Использует следующие линии:

• 100Base-T - общий термин для обозначения витых пар. Длина сегмента - до 100 метров. Включает в себя такие линии связи, как 100Base-TX, 100Base-T2 и 100Base-T4.
• 100Base-TX - использует 5-ю категорию кабеля. Режим ПД - дуплексный. Максимальная протяжённость - 100 метров. Не смотря на то, что у кабеля 4 витые пары, фактически используются 2.
• 100Base-T4 - использует кабель 3-ей категории. Задействует все пары. Режим ПД - полудуплексный. Практически не используется.
• 100Base-FX - стандарт, использующий в качестве линии связи многомодовое оптоволокно. Максимальная протяжённость - 400 метров.

GigabitEthernet (макс.скорость - 1000 Мбит/сек)

• 1000Base-T - витая пара 5e-категории. Участвуют все 4-ре пары. Каждая пара используется в ПД в обоих направлениях одновременно со скоростью 250 Мбит/сек.
• 1000Base-SX - многомодовое оптоволокно с длиной волны 850 нм. Дальность - до 550 метров.
• 1000Base-LX - одномодовое или многомодовое волокно с длиной волны 1310 нм.Дальность многомодового - 550 метров. Для одномодового - 5 километров.
• 1000Base-LH - одномодовое волокно. Протяжённость до 100 километров.

Это одни из самых распространённых и часто используемых разновидностей Ethernet. Однако нужно учитывать, что их очень много, и скоростью в 1 Гбит/сек не является предельной. Сейчас существуют такие модификации технологии, которые поддерживают максимальную скорость в 100 Гбит/сек (примерно 12 гигабайт в секунду).

Общие сведения о витой паре

Витая пара категории 5e имеет 4 витых пар – 8 проводов. Каждый провод маркируется специальными цветами и текстурами. Это понадобится в дальнейшем при подключении.

Категории витых пар

Для удобства выделили 8 категорий витых пар. В основном, категории зависят от следующих характеристик:

• Защита от внешних воздействий – достигается использованием химической защиты;
• Наличие защиты от механических воздействий – материалы;
• Защита от внутренних наводок – количество витков на единицу длины;
• Защита сигнала от помех – экранирование.
• Количество витых пар.

Чем выше категория, тем лучше показатели этих составляющих.

Для современных систем применяются категории от 5 и выше.

Таблица категорий витых пар:

Коннекторы и разъёмы для Cat 5 – 8

RG (Registered Jack – зарегистрированный разъём) – это стандартизированный физический сетевой интерфейс.

Зачастую, названия стандартов ошибочно используют для названия коннекторов. В случае с данной технологией, путают стандарт RG45 с коннектором 8P8C.

Стандарт RG45 использует коннектор 8P8C, который имеет восемь контактов и 8 фиксаторов. Используется в 100Base-T, 1000Base-t и IEEE802.3bz, с использованием 4-х витых пар.

Штекер коннектора 8P8C имеет ключ для более надёжной фиксации с разъёмом и правильного соединения.

Немного про понятие «разъём»

Разъём – это устройство, необходимое для механического соединения электрических цепей.

Состоит из «вилки»(часть разъёма, содержащая штыри) и «розетки».(часть разъёма, в которой находятся углубления для штырей).

Для создания крепкого соединения проводов кабеля с контактами коннектора, коннектор необходимо обжать.специальным устройством – кримпером.

Порядок расположения проводов определяется таблицами T568A и T568B.

Эти таблицы описываются в стандарте TIA/EIA-568-B (этот стандарт специально создан для описания правильного расположения проводов к контактам коннектора).

Существует два типа соединения:

• Прямое соединение. Образует прямой кабель. Используется для соединения компьютера с сетевым оборудованием. Оба конца обжимаются одинаково. Чаще всего для этого используется раскладка типа B. Именно с такой раскладкой можно купить уже обжатые кабели (патч-корды). Однако в исходном стандарте описано использование типа A. По факту, выбор раскладки не имеет значения.
• Перекрёстное соединение. Образует перекрёстный кабель. Этот кабель выполняет «перекрёстку» линии Rx(приём) и Tx(передача) порта.

Это происходит из-за того, что у двух одинаковых устройств (два компьютера, два коммутатора) для контактов Rx и Tx используют одинаковые номера контактов (вы не можете говорить ушами или слушать ртом. У вас с собеседником уши и рот выполняют одинаковые функции. Для того, чтобы собеседник вас услышал, необходимо рот направить на уши. Поэтому и кабель называется перекрёстным).

Как раз-таки именно для перекрёстных кабелей и вводится вторая раскладка. Для соединения двух одинаковых устройств необходимо обжать каждый конец кабеля отличной от другой раскладкой.

Раскладка A и B отличаются только переставленными 1-2 и 3-6 контактами.