Технологии локальных вычислительных сетей 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

Технологии проводных локальных сетей семейства Ethernet (Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet)

Ethernet (эзернет, от лат. aether — эфир) — пакетная технология компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат пакетов и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать кабель витая пара и кабель оптический. Метод управления доступом — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, а позже был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с. Появилась возможность работы в режиме полный дуплекс.

Быстрый Ethernet (100 Мбит/с) (Fast Ethernet)

100BASE-T — Общий термин для обозначения одного из трёх стандартов 100 Мбит/с ethernet, использующий в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 200-250 метров. Включает в себя 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u — Развитие технологии 10BASE-T, используется топология звезда, задействован кабель витая пара категории-5, в котором фактически используются 2 пары проводников, максимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с.

100BASE-T4 — 100 MБит/с ethernet по кабелю категории-3. Задействованы все 4 пары. Сейчас практически не используется. Передача данных идёт в полудуплексном режиме.

100BASE-T2 — Не используется. 100 Mбит/с ethernet через кабель категории-3. Используется только 2 пары. Поддерживается полнодуплексный режим передачи, когда сигналы распространяются в противоположных направления по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Mбит/с.

100BASE-FX — 100 Мбит/с ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексном режиме (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическому волокну и до 32 километров по одномодовому.

1000BASE-T, IEEE 802.3ab — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с. Используется витая пара категории 5e или категории 6. В передаче данных участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре.

1000BASE-TX, — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с, использующий только витую пару категории 6. Практически не используется.

1000Base-X — общий термин для обозначения технологии Гигабит Ethernet, использующей в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель, включает в себя 1000BASE-SX, 1000BASE-LX и 1000BASE-CX.

1000BASE-SX, IEEE 802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.

1000BASE-LX, IEEE 802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров. Оптимизирована для дальних расстояний, при использовании одномодового волокна (до 10 километров).

1000BASE-CX — Технология Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 25 метров), используется специальный медный кабель (Экранированная витая пара (STP)) с волновым сопротивлением 150 Ом. Заменён стандартом 1000BASE-T, и сейчас не используется.

1000BASE-LH (Long Haul) — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует одномодовый оптический кабель, дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.

Источник