Спецификации физической среды Ethernet

Первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0,5 дюйма. В дальнейшем были определены и другие спецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющие использовать различные среды передачи данных в качестве общей шины.

Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры Ethernet остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды.

Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие стандарты на физические среды передачи данных:

· 10Base-5;

· 10Base-2;

· 10Base-T;

· 10Base-F;

· 100Base-TX;

· 100Base-FX;

· 100Base-TX;

· 1000Base-X;

· 100VG-AnyLAN;

· FDDI и CDDI;

· Token-Ring.

Число 10 или 100 обозначают битовую скорость передачи данных этих стандартов – 10 Мб/с, а слово Base – метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от стандартов, использующих несколько несущих частот, которые называются broadband - широкополосными).

Стандарт 10Base-5

Стандарт 10Base-5 соответствует экспериментальной сети Ethernet фирмы Xerox и может считаться классическим Ethernet'ом. Он использует в качестве среды передачи данных коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 2,17 мм и внешним диаметром около 10 мм ("толстый" Ethernet). Тип кабеля – толстый коаксиальный кабель RG-8/11 (желтый ethernet). Характеристики стандарта:

· топология – шина;

· максимальное число узлов на сегменте – 100;

· максимальное количество сегментов – 5 (4 репитера, 2 сегмента без узлов);

· максимальная длина сегмента – 500 м;

· максимальная длина сети – 2500 м (300 узлов);

· минимальное расстояние между точками включения – 2,5 м;

· максимальная длина трансиверного кабеля – 50 м.

Стандарт 10Base-2

Характеристики стандарта:

· тип кабеля – тонкий коаксиальный кабель RG-58/U или RG-58A/U;

· топология – шина;

· максимальное число узлов на сегменте – 30;

· максимальное количество сегментов – 5;

· максимальная длина сегмента –185 м;

· максимальная длина сети – 925 м;

· минимальное расстояние между точками включения – 0,5 м;

Способ подсоединения узла – BNC T-коннектор.

Стандарт 10Base-2 использует в качестве передающей среды коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 0,89 мм и внешним диаметром около 5 мм ("тонкий" Ethernet, волновое сопротивление кабеля 50 Ом). Максимальная длина сегмента без повторителей составляет 185м, сегмент должен иметь на концах согласующие терминаторы 50 Ом.

T-коннектор представляет из себя тройник, один отвод которого соединяется с сетевым адаптером, а два других - с двумя концами разрыва кабеля.

Этот стандарт очень близок к стандарту 10Base-5. Но трансиверы в нем объединены с сетевыми адаптерами за счет того, что более гибкий тонкий коаксиальный кабель может быть подведен непосредственно к выходному разъему платы сетевого адаптера, установленной в шасси компьютера. Кабель в данном случае "висит" на сетевом адаптере, что затрудняет физическое перемещение компьютеров. Топология сегмента сети стандарта 10Base-2 показана на рисунке 3.17.

Реализация этого стандарта на практике приводит к наиболее простому решению для кабельной сети, так как для соединения компьютеров требуются только сетевые адаптеры и Т-коннекторы.

Рисунок 3.17 – Сеть стандарта 10Base-2

Однако этот вид кабельных соединений подвержен авариям и сбоям по следующим причинам:

· восприимчивость кабеля к помехам;

· большого количества механических соединений (каждый T-коннектор дает три механических соединения, два из которых имеют жизненно важное значение для всей сети);

· большая вероятность нарушения целостности моноканала по причине доступности пользователей к разъемам.

Кроме того, эстетика и эргономичность этого решения оставляют желать лучшего, так как от каждой станции через T-коннектор отходят два довольно заметных провода, которые под столом часто образуют моток кабеля - запас, необходимый на случай даже небольшого перемещения рабочего места.

Общим недостатком стандартов 10Base-5 и 10Base-2 является отсутствие оперативной информации о состоянии моноканала. Повреждение кабеля обнаруживается сразу же (сеть престает работать), но для поиска отказавшего отрезка кабеля необходим специальный прибор - кабельный тестер.

Стандарт 10Base-T

Стандарт принят в 1991 году как дополнение к существующему набору стандартов Ethernet и имеет обозначение 802.3i. Характеристики стандарта:

· Тип кабеля – UTP3, UTP4, UTP5;

· топология – звезда;

· максимальное число узлов на сегменте – 1024;

· максимальное количество сегментов – 5 (последовательно);

· максимальная длина сегмента – 100 м;

· максимальная длина сети – 500 м;

· способ подсоединения узла – RJ-45;

· количество используемых пар кабеля – 2.

Использует в качестве среды двойную неэкранированную витую пару (Unshielded Twisted Pair, UTP). Соединения станций осуществляются по топологии "точка – точка" с помощью двух витых пар многопортовым повторителем. Одна витая пара используется для передачи данных от станции к повторителю (выход Tx сетевого адаптера), а другая - для передачи данных от повторителя станции (вход Rx сетевого адаптера). На рисунке 3.18 показан пример трехпортового повторителя.

Многопортовые повторители в данном случае обычно называются концентраторами (англоязычные термины – hub или concentrator).

Рисунок 3.18 – Сеть 10Base-T - один домен коллизий Tx - передатчик, Rx - приемник

Концентратор осуществляет функции повторителя сигналов на всех отрезках витых пар, подключенных к его портам, так что образуется единая среда передачи данных – моноканал (шина).

Повторитель обнаруживает коллизию в сегменте в случае одновременной передачи сигналов по нескольким своим Rx входам и посылает jam-последовательность на все свои Tx выходы.

Стандарт определяет битовую скорость передачи данных 10 Мб/с и максимальное расстояние отрезка витой пары между двумя непосредственно связанными узлами (станциями и концентраторами) не более 100 м при использовании витой пары качества не ниже категории 3.

Возможно иерархическое соединение концентраторов в дерево (рисунок 3.19). Для обеспечения синхронизации станций при реализации процедур доступа CSMA/CD и надежного распознавания станциями коллизий в стандарте определено максимальное число концентраторов между любыми двумя станциями сети.

Рисунок 3.19 – Повторители (концентраторы)

Сети, построенные на основе стандарта 10Base-T, разделяют общий кабель на отдельные кабельные отрезки, подключенные к центральному коммуникационному устройству. И хотя логически эти отрезки образуют общий домен коллизий, их физическое разделение позволяет контролировать их состояние и отключать в случае обрыва, короткого замыкания или неисправности сетевого адаптера на индивидуальной основе.

Это обстоятельство существенно облегчает эксплуатацию больших сетей Ethernet, так как концентратор обычно автоматически выполняет такие функции, уведомляя при этом администратора сети о возникшей проблеме.

Стандарт 10Base-F

· Стандарт 10Base-F использует в качестве среды передачи данных оптоволокно. Функционально сеть стандарта 10Base-F состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T – сетевых адаптеров, многопортового повторителя и отрезков кабеля, соединяющих адаптер с портом повторителя. Топология аналогична стандарту на витой паре. Имеется несколько вариантов этой спецификации – FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB.

Как и при использовании витой пары, для соединения адаптера с повторителем используется два оптоволокна – одно соединяет выход Tx адаптера со входом Rx повторителя, а другое – вход Rx адаптера с выходом Tx повторителя. Характеристики стандарта:

· тип кабеля – одномодовый и многомодовый оптический кабель;

· топология – звезда;

· максимальное число узлов на сегменте – 1024;

· максимальная длина сегмента – для одномодового – 5 км, для многомодового – 1 км;

· способ подсоединения узла – ST-коннектор;

· максимальное число повторителей – 4.

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) – это первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Стандарт гарантирует длину оптоволоконной связи между повторителями до 1000 м при общей длине сети не более 2500 м.

Стандарт 10Base-FL предназначен для соединения конечных узлов с концентратором и работает с сегментами оптоволокна длиной не более 2000 м при общей длине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей - 4.

Стандарт 10Base-FB предназначен для магистрального соединения повторителей. Он позволяет иметь в сети до 5 повторителей при максимальной длине одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м.

Повторители, соединенные по стандарту 10Base-FB, постоянно обмениваются специальными последовательностями сигналов, отличающимися от сигналов кадров данных для обнаружения отказов своих портов. Поэтому концентраторы стандарта 10Base-FB могут поддерживать резервные связи, переходя на резервный порт при обнаружении отказа основного с помощью тестовых специальных сигналов.

Концентраторы этого стандарта передают как данные, так и сигналы простоя линии синхронно, поэтому биты синхронизации кадра не нужны и не передаются. Стандарт 10Base-FB поэтому называют также синхронный Ethernet.

Стандарты 10Base-FL и 10Base-FB не совместимы между собой.