Технология. Ethernet

Пакеты с уровня протокола TCP/IP попадают на канальный + физический уровень, где происходит передача электрических или оптических сигналов по линиям связи в соответствии с принятой технологией передачи данных (стандартом).

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт передачи данных локальных сетей. Общее количество работающих по протоколу Ethernet сетей оценивается более чем в 5 миллионов, а количество компьютеров с установленными адаптерами Ethernet – более чем в 50 миллионов. Ethernet – это сетевой стандарт, разработанный фирмой Xerox в 1975 году и принятый комитетом IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Указанный стандарт использует метод разделения среды – метод CSMA/ CD (carrier- sense – multiply- acces with collision detection)- метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий. Этот метод используется исключительно в сетях с топологией “общая шина”. Все компьютеры в такой топологии имеют доступ к общей шине, все компьютеры имеют возможность немедленно получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину. Простота подключения предопределяет успех технологии Ethernet. Базовый cтандарт Ethernet предписывает передачу двоичной информации для всех вариантов физической среды со скоростью 10 Мбит/с.

Принцип работы Ethernet следующий.

Чтобы получить возможность передавать кадр компьютер должен убедиться, канал связи (среда) свободен. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигнала, которая также называется несущей частотой (carrier- sense, CS). Признаком незанятости канала является отсутствие на ней несущей частоты (5 – 10 МГц). Если среда свободна, то компьютер начинает передавать кадр. Если в это время другой компьютер пробует начать передачу, но обнаруживает, что канал занят, он вынужден ждать, пока первый компьютер не прекратить передачу кадра.

После окончания передачи кадра все компьютеры вынуждены выдержать технологическую паузу в (9,6 мкс). Такая пауза необходима для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние. Механизм прослушивания среды не гарантирует от возникновения такой ситуации, когда два или более компьютеров одновременно решают, что среда свободна и начинают передачу своих кадров. В этом случае возникает коллизия, так как оба кадры сталкиваются на общем кабеле и происходит искажение информации. (Рис 1). Для возникновения коллизии не обязательно, чтобы несколько компьютеров начали передачу абсолютно одновременно, такая ситуация маловероятно. Гораздо вероятней, что коллизия возникает из-за того, что один компьютер начинает передачу кадра раньше другого, но до второго компьютера сигнал первого просто не успевает дойти, когда он решает начать передачу. Другими словами, коллизии- это следствия распределенного характера сети. Чтобы отработать коллизию все компьютеры одновременно наблюдают за сигналами на кабеле.

В общем случае возникновение коллизий зависит от вида линии связи и расстояний между компьютерами. В настоящее время используются в основном два типа линий связи: неэкранированная витая пара, обозначаемая как 10Base –T, и волоконно – оптический кабель (10 Base – F).

Сеть на базе технологий Ethernet должна строится таким образом, чтобы кадр, посылаемый компьютером, по линии связи успевал доходить до самого дальнего от него компьютера до момента времени окончания передачи кадра .(Рис.1).

Экспериментально были получены следующие характеристики линий связи для обеспечения работоспособности локальной сети:

КОЛЛИЗИЯ

Рис. 1 Возникновение коллизии

Максимальная пропускная способность стандарта Ethernet составляет 14880 кадр/с (для минимальной длины кадра 72 байта), а минимальная 813 кадр/ с (для кадра максимальной длины 1526 байт).

Классический 10 – мегабитный Ethernet в начале 90 –х годов прошлого столетия перестал удовлетворять пользователей по своей пропускной способности. Особенно остро эта проблема встала перед сетевым сообществом, когда клиентские приложения стали требовать скоростей недоступных для базовой технологии Ethernet (например, просмотр фильмов).

Поэтому в 1995 году был принят новый стандарт Fas tEthernet, сохранивший все особенности базового 10 – мегабитного Ethernetа, имеющий , однако, скорость передачи 100 Мбит/с.

Указанный стандарт используется в локальной сети БГЭУ.

В настоящее время ведутся работы по созданию 1000 М/битного Gigabit Ethernet. Основная проблема Gigabit Ethernet заключается в значительном сокращении расстояний между компьютерами (до 25 метров), что значительно удорожает сеть.

Отметим также, что на канальном уровне также используются технологии Token Ring, FDDI , где кадры передаются с помощью специального кадра- маркера по кольцу в одном

Радио-Ethernet

Радио-Ethernet - этот стандарт был принят в 1997 году для организации беспроводной локальной сети (WLAN -Wireless LAN). Радиосети удобны для подвижных средств, но также находят применение и в других областях (сети отелей, библиотек, аэропортов, больниц и т.д.).

Радио-Ethernet работает на частоте приема- передачи сигнала 2,4 ГГц (не лицензируемая частота) и использует два основных типа оборудования: клиент (компьютер), а также точка доступа, играющая роль связующего звена между проводной и беспроводной сетью. Беспроводная сеть может работать в двух режимах: «клиент/сервер» и «точка – точка». При первом режиме к одной точке доступа по радиоканалу могут подключаться несколько компьютеров, во втором связь между конечными узлами устанавливается напрямую без специальной точки доступа.

В последнее время широкое распространение получила модификация названная WiFi (Wireless Fidelity). WiFi - технология обеспечивает скорость до 11 Мбит/с и использует метод разделения сетевой среды CSMA/CA (Carrier- Sense- Multiple- Access with Collision -Avoidance) -метод коллективного доступа с опознаванием несущей и избежанием коллизий. Этот стандарт принят в 2001 году, и теоретически максимальная скорость передачи составляет 54 Мбит/c.

Для осуществления связи используются всенаправленные и узконаправленные антенны (последние для соединений «точка-точка»). Всенаправленная антенна гарантирует связь для расстояний до 45 метров, а узконаправленная - до 45 км. Одновременно может обслуживаться до 50 клиентов.

В отличие от проводного Ethernet для радиосетей важно, чтобы радиосигналы от различных узлов – отправителей не накладывались на входе узла-получателя. В противном случае в сети будет возникать коллизия.

Для предотвращения коллизий в радио- Ethernet необходимо строго соблюдать расстояния действия радиосигнала отдельных узлов сети.