Локальная вычислительная сеть на основе технологии ethernet

Основные принципы работы локальных вычислительных сетей, построенных на базе семейства технологий Ethernet

Ethernet — семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей. Стандарты Ethernet определяют как физический уровень (проводные соединения и электрические сигналы), так и канальный уровень (формат кадров и протоколы управления доступом к среде) взаимодействия в вычислительной сети в соответствии с эталонной моделью OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3.

В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Рассмотрим наиболее известные из них:

• 10BASE2, называемый также «тонкий Ethernet», описан стандартом IEEE 802.3a. Обеспечивает скорость передачи данных до 10 Мбит/с. В качестве среды передачи данных используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 185 метров. Для подключения одного устройства в кабель врезается T-коннектор, к которому подсоединятся сетевой адаптер. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.
• 10BASE-T, описан стандартом IEEE 802.3i. Обеспечивает скорость передачи данных до 10 Мбит/с. Для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары категории 3 или категории 5. Максимальная длина сегмента 100 метров. Для подключения устройств используется коннектор 8P8C. Объединение нескольких устройств в один сегмент осуществляется с помощью концентратора или коммутатора.
• 100BASE-TX, называемый также «быстрый Ethernet», описан стандартом IEEE 802.3u. Обеспечивает скорость передачи данных до 100 Мбит/с. В качестве среды передачи данных используется витая пара категории 5, фактически используются только две неэкранированные пары проводников, поддерживается полнодуплексная передача данных, расстояние — до 100 м. Объединение нескольких устройств в один сегмент осуществляется с помощью концентратора или коммутатора.
• 1000BASE-T, называемый также «гигабитный Ethernet», описан стандартом IEEE 802.3ab. Обеспечивает скорость передачи данных до 1 Гбит/с. Используется витая пара категории 5e. В передаче данных участвуют 4 пары, каждая пара используется одновременно для передачи по обоим направлениям со скоростью — 250 Мбит/с. Объединение нескольких устройств в один сегмент осуществляется с помощью коммутатора.

Базовые принципы работы Ethernet-сетей на примере технологий 10BASE-T и 100BASE-TX

Адресация сетевых адаптеров и множественный доступ к среде передачи

1. Подключите несколько устройств к концентратору. При таком способе подключения все устройства будут работать в полудуплексном режиме передачи (в один момент времени возможна либо передача, либо прием данных).
2. Определите MAC-адрес сетевого адаптера, с помощью которого каждый компьютер подключен к концентратору. В ОС Linux:
   • Вывести список всех сетевых адаптеров:

$ ip link 1: lo: mtu 16436 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00 2: eth0: mtu 1500 qdisc pfifo_fast master br0 state UP mode DEFAULT qlen 1000 link/ether c8:0a:a9:30:07:88 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff 3: wlan0: mtu 1500 qdisc mq state UP mode DEFAULT qlen 1000 link/ether 70:f1:a1:06:cc:93 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

1. Дождаться готовности среды передачи и начать отправку кадра.
2. Если обнаружена коллизия, то:
   • Увеличить счетчик попыток c на 1.
   • Отправить jam-сигнал для предотвращения дальнейшей передачи.
   • Попытаться заново отправить кадр через k·s мкс, где k — случайное число между 0 и 2 c — 1, s — временной слот, зависящий от используемого стандарта Ethernet, для 10BASE-T И 100BASE-T составляет 51.2 мкс.
   • Перейти на шаг 2.

Разделение домена коллизий, микросегментация, коммутаторы

Домен коллизий — это множество устройств, между которыми может возникнуть коллизия во время передачи данных. Рост числа устройств в домене коллизий ведет к уменьшению производительности сети. Для разделения доменов коллизий раньше использовались мосты — устройства, перенаправлявшие кадр из одного порта в другой только если к нему подключен получатель этого кадра. Таким образом удавалось уменьшать и изолировать друг от друга домены коллизий, сохраняя при этом общую связность сети.

В настоящее время для построения Ethernet-сетей используются коммутаторы — мосты, к каждому порту которого подключается оконечное сетевое устройство. Таким образом, на каждом порту коммутатора образуется отдельный домен коллизий, состоящий только из 2 устройств — компьютера и коммутатора, что позволяет не рассматривать проблему коллизий вообще и обеспечить полнодуплексную передачу данных.

Рассмотрим пример работы Ethernet-сети, построенной с помощью коммутатора:

1. Подключите несколько устройств к коммутатору
2. Запустите анализатор трафика Wireshark на интерфейсах, подключенных к коммутатору, установите строку правила фильтрации — «llc».
3. Отправьте один Ethernet-кадр одному из подключенных устройств. Убедитесь, что кадр дошел только до того устройства, которому был направлен.

Источник