3.2 Działanie protokołu [1i] [3] [4].
Protokół stosowany w sieciach Ethernet powstawał poprzez ewolucję kolejnych metod transmisji
danych.
ALOHA
Jest to najstarsza z metod. Stosowana jest w rozległych sieciach radiowych. Nadawca rozpoczyna
nadawanie w dowolnym momencie, a po wysłaniu całej ramki, oczekuje od odbiorcy na
potwierdzenie dotarcia informacji. W przypadku większego ruchu protokół bardzo szybko
doprowadza do zablokowania łącza przez kolejne kolizje (równoczesne nadawanie sygnału,
powodujące zniekształcenie danych).
CSMA (carrier sense multiple access)
W tym protokole nadawca przed wysłaniem ramki nasłuchuje czy łącze jest wolne. Funkcję tę
nazywamy: funkcją rozpoznawania stanu kanału transmisyjnego (carrier sense). W tym przypadku,
kolizje następują jedynie, gdy dwóch nadawców rozpocznie równocześnie nadawanie, upewniwszy
się przedtem o wolnym łączu. Sygnał jest transportowany pomiędzy nimi w skończonym odcinku
czasu t. Przykładowo, jeżeli obaj zaczną nadawanie równocześnie, to dla każdego z nich łącze
będzie wolne. O wystąpieniu kolizji zorientują się dopiero po czasie t. W przypadku wykrywania
kolizji poprzez ciągły nasłuch stanu łącza danych, nie ma już potrzeby wysyłania potwierdzenia,
ponieważ każda stacja wie, czy jej dane doszły poprawnie, czy tez zostały zniekształcone i należy je
powtórzyć.
CSMA/CD (carrier sense, multiple access with collision detection)
W tej metodzie po wykryciu kolizji (w przypadku jak poprzednio), nadajnik uznaje, że transmisje
należy powtórzyć ą ponieważ dane w łączu są już zniekształcone przez sygnał drugiego nadawcy.
Jednak nie przerywa natychmiast transmisji, aby zwolnić łącze. Nadaje jeszcze przez jakiś czas, aby
zwiększyć prawdopodobieństwo wykrycia kolizji przez innych użytkowników.
Norma IEEE 802.3
Standard Ethernet, jest pewną odmianą ostatniej z metod i obejmuje następujące założenia (protokół
802.3):
1. Wszystkie stacje prowadzą ciągły nasłuch stanu łącza i sprawdzają czy łącze jest wolne, zajęte
czy też IFG (interframe gap) odstęp międzyramkowy (strefa buforowa) dla 10Mbit równa 9,6us
(czas transmisji 96 bitów).
Odstęp międzyramkowy (IFG) odcinkiem czasu po ustaniu stanu zajętości łącza.
Wynika ona z maksymalnej odległości pomiędzy skrajnymi hostami i czasu propagacji
sygnału w danym medium.
2. Komputery mogą nadawać jedynie, gdy łącze jest wolne. W przypadku zajętości kanału, muszą
odczekać do końca transmisji i dodatkowo przeczekać czas odstępu międzyramkowego.
3. Jeżeli podczas nadawania stacja wykryje kolizję, nadaje jeszcze przez czas wymuszenia kolizji
dla 10Mbit równy 3,2us (czas transmisji 32 bitów). Jeśli kolizja wystąpi podczas nadawania
preambuły, to stacja kontynuuje nadawanie preambuły, po czym nadaje jeszcze 32 bity takiego
samego sygnału. Po wykryciu kolizjistacja dobiera długość odcinka czasu Ti, przez który nie będzie
podejmowała prób nadawania.
4. Dla Ti, liczba i jest numerem podejmowanej próby. Możliwe jest maksymalnie 16 prób, po
których karta sieciowa zwraca błąd. Czas Ti wyznaczany jest ze wzoru:
Ti = Ri S
S - szerokość szczeliny czasowej,
Ri - liczba losowa z przedziału <0, 2n-1>, przy czym n = min( i,10 ).
Czas Ti wzrasta wraz z ilością podjętych prób nadawania. Czas ten musi być liczbą losową
(wyznaczaną wg pewnego algorytmu z adresu karty sieciowej), ponieważ inaczej stacje nadające
ponawiałyby próby w tych samych czasach, co powodowałoby kolejne kolizje. Proces ten określany
jest w literaturze angielskojęzycznej mianem backoff.
5. Szczelina czasowa S (slot time) [5i] jest czasem transmisji 512 bitów dla sieci Ethernet 10 i
100Mb/s oraz 4096 bitów dla sieci 1Gb/s. Wynika on z dwóch elementów:
" czasu potrzebnego na dotarcie sygnału z jednego końca sieci o maksymalnym rozmiarze na
drugi koniec i jego powrót,
" maksymalnego czasu potrzebnego na rozwiązanie problemu wynikającego z wystąpienia
kolizji (wykrycie kolizji i wysłanie sygnału przez czas wymuszania kolizji)
oraz kilku dodatkowych bitów dodanych jako bufor. Aby każdy z nadawców wykrył kolizje, długość
ramki musi być przynajmniej taka jak S. Czas potrzebny do rozprzestrzenienia się kolizji do
wszystkich stacji w sieci musi być mniejszy niż S. Wynika z tego, że stacje nie mogą zakończyć
transmisji ramki zanim kolizja nie zostanie zidentyfikowana przez wszystkie stacje w sieci. Po
transmisji pierwszych 512 bitów ramki stacja uznaje, że kanał transmisyjny należy do niej i w
prawidłowo skonstruowanej sieci nie powinna nastąpić kolizja. Dzięki temu nawet w maksymalnie
dużej sieci Ethernet stacja nadająca najmniejszą możliwą ramkę, zawsze otrzyma informację o
kolizji.
Sygnały transmitowane przez stacje napotykają opóz
nienia podczas przechodzenia poprzez sieć.
Opóz
nienia te składają się z opóz
nień transmisji sygnału przez medium oraz z opóz
nień logicznych
wprowadzanych przez urządzenia elektroniczne, przez które sygnał musi przejść ą karty sieciowe,
koncentratory, przełączniki itp. Czas potrzebny do przejścia pomiędzy dwiema najdalej oddalonymi
stacjami w sieci nazywamy czasem propagacji (propagation delay).
Szczelina czasowa jest ważnym parametrem:
Długość 512 bitów szczeliny czasowej wyznacza najmniejszy rozmiar ramki Ethernetowej na
64 bajty. Wszystkie ramki mniejsze niż 64B są uznawane za fragmenty kolizji (collision fragment)
lub tzw. słabą ramkę (runt frame) i są automatycznie odrzucane przez stacje odbiorcze.
Parametr S ustala również maksymalną rozpiętość sieci. Jeśli rozmiar sieci jest zbyt duży
może wystąpić zjawisko zwane póz
ną kolizją (late collision). Oznacza to że tego typu kolizja nie
zostanie automatycznie wykryta przez mechanizmy kontrolne Ethernetu i jej wystąpienie zostanie
zauważone dopiero przez warstwy wyższe modelu ISO/OSI. Dopiero one będą musiały zarządzić
ponowną transmisję uszkodzonej ramki. Jest to bardzo niebezpieczne zjawisko - świadczy o
nieprawidłowej konstrukcji sieci, a dodatkowo wprowadza bardzo duże opuz
nienia, wynikające z
zagubienia ramki. Często póz
na kolizja występuje, gdy jedna ze stacji ma skonfigurowany interfejs
sieciowy do pracy w trybie full-duplex, w momencie gdy pozostałe pracują w trybie half-dupleks.
Port działający w trybie full-duplex wysyła dane w dowolnym momencie (nie wykrywa kolizji) i
zdarza się, że transmisja nastąpi po rozpoczęciu nadawania przez inną stację. Jeśli nastąpi po
nadaniu pierwszych 64 bajtów, to wystąpi póz
na kolizja.
 Szczelina czasowa zapewnia, że jeśli nastąpi kolizja to zostanie ona wykryta w ciągu
transmisji pierwszych 512 bitów ramki (dla sieci 10/100Mbit). Dla sieci 1Gb/s szczelina czasowa
została ustalona na 4096 bitów; ponieważ dla szczeliny 512 bitów sygnał zdążyłby przebyć jedynie
ok. 20 metrów, co uniemożliwiałoby przemysłowe zastosowania tej sieci. Poprzez zwiększenie
rozmiaru szczeliny czasowej do 4096 bitów, maksymalny rozmiar sieci zwiększył się do 200 m.
Ponieważ standart nie został zmieniony, przy transmisji małej ramki stan zajętości łącza uzyskuje
się dodając na końcu ramki (po FCS) tzw. bity rozszerzenia nie przenoszące żadnych danych.
Sygnalizacja dla szybkości Gigabit została zmieniona w taki sposób, aby możliwe było nadawanie
tzw. sygnałów non-data nie przenoszących żadnych danych. Przy przesyłaniu ramek o długości 512
bajtów i większych, bity rozszerzenia nie wystąpią.
Odstęp międzyramkowy - IFG 9,6 us
Szerokość szczeliny czasowej 51,2 us
Czas wymuszania kolizji 3,2 us
Maksymalna długość ramki 1518 B
Minimalna długość ramki 64 B
Tab. 3.1 Dane techniczne dla szybkości 10 Mb/s (standard 802.3) [1i].
3.3 Budowa pakietu IEEE 802.3 [3]
Pakiet Ethernetowy składa się z ramki, która jest poprzedzona preambułą i bajtem zwanym
znacznikiem początku ramki (SFD). Minimalna długość ramki wynosi 64 bajty (po 8 bitów),
preambuła składa się z 56 bitów, a SFD z 8 bitów.
Długości pól w bajtach
7 1 6 6 2 46 - 1500 4
Adres Adres
Preambuła SFD Długość Dane FCS
docelowy z
ródłowy
Rys. 3.1. Format pakietu Ethernetowego (IEEE 802.3).
Preambuła ą naprzemienny ciąg bitów 1 i 0, informujący o nadchodzącej ramce. Najczęściej nie
jest on włączany do wielkości ramki. Uznawany jest za część procesu komunikacji.
SFD ą (Start of Frame Delimiter )ą bajt kończący preambułę o postaci: �10101011� (standard 802.3,
strona 24), zawsze jest zakończony dwoma bitami 1. W standardzie Ethernet bajt ten nie występuje,
zastąpiony jest kolejnym bajtem preambuły (ostatni bit równy 0).
Adresy ą są to liczby 6 bajtowe, będące adresami sprzętowymi komunikujących się interfejsów
sieciowych.
Długość ą określa w bajtach ilość danych, które nastąpią po tym polu ą nie może być więcej niż
1500. W standardzie Ethernet wartość w tym polu jest zawsze większa od 1500 (dziesiętnie) i
określa numer protokołu warstwy wyższej, który odbierze dane po zakończeniu obróbki przez
standard Ethernet.
Dane ą jeśli ilość danych jest mniejsza od 46 bajtów, wprowadzane jest tzw. uzupełnienie PAD
(padding) i dane są dopełniane jedynkami, tak aby ramka nie była mniejsza niż 512 bitów (slot time)
dla 10Mbit..
FCS ą Frame Check Sequence ą zawiera 4 bajty kontrolne (cyclic redundancy check - CRC)
wygenerowane przez interfejs nadający i sprawdzane przez odbierający. Określają one czy dane nie
zostały uszkodzone.
Widać tutaj, że ramka ą z pominięciem preambuły i SOF ą może mieć od 64 (6+6+2+46+4) do
1518 bajtów (6+6+2+1500+4).
Każde urządzenie sieciowe ma nadawany przez producenta niepowtarzalny numer odróżniający
dany egzemplarz od innych. Numery te noszą nazwę MAC (Media Access Control) i są
przyznawane przez IEEE. Organizacja ta przypisuje poszczególnym producentom odpowiedni kod i
zakres liczbowy. Dzięki temu nie powinno być na świecie dwóch kart sieciowych o takim samym
numerze. Pierwsze trzy bajty identyfikują producenta karty, pozostałe są numerem kolejnym
egzemplarza.
Adres z
ródłowy jest zawsze adresem pojedynczej karty sieciowej. Adres docelowy może być
adresem pojedynczym (unicast), grupowym (multicast) jak i rozgłoszeniowym ą dla wszystkich
użytkowników ą (broadcast). Adres rozgłoszeniowy składa się z samych bitów o wartości 1. Jeśli
host nasłuchując otrzyma ramkę z takim adresem w polu docelowym, odczytuje ją uznając, że jest
przeznaczona również dla niego.
Protokół LLC
Jeśli w polu długość będzie wartość mniejsza od 1500 (np. w starym systemie Ethernet lub
przenosząca protokół AppleTalk) oznaczająca długość przesyłanych danych, to tracimy informację
na temat protokołu warstwy wyższej, który powinien otrzymać daną ramkę. Taką ramkę opisuje
norma IEEE 802.2, w której został zdefiniowany protokół LLC (Logical Link Control). Jednostka
danych LLC nazywa się PDU (Protocol Data Unit). PDU zawarta jest w pierwszych kilku bajtach
pola danych ramki Ethernetowej.
DANE (46-1500 bajtów)
DSAP SSAP Bity kontrolne Dane lub wypełnienie
DSAP (Destination Service Access Point) - [1 bajt] identyfikuje protokół warstwy wyższej, do
którego mają być przekazane dane. W podobny sposób odbywa się to w polu typu w ramce
Ethernetowej.
SSAP (Source Service Access Point) - [1 bajt].
Bity kontrolne - [1 lub 2 bajty]
W ramkach przenoszących pola standartu 802.2 ilość danych jest mniejsza o kilka bajtów od ramek
korzystających z pola typu.
3.4 Zasady tworzenia sieci Ethernet [1]
Wstępnie zdefiniuję kilka pojęć wprowadzonych w normie IEEE 802.3. Niektóre z tych definicji
zostaną w póz
niejszych rozdziałach rozszerzone i omówione dokładniej.
DTE (data terminal equipment) - urzadzenie terminalowe danych lub inaczej stacja, jest
unikalnym, zaadresowanym urządzeniem w sieci.
Urządzenie nadawczo-odbiorcze (transceiver) ą urządzenie, które umożliwia stacji transmisje
ądo� i ąz� któregoś ze standartowych mediów normy IEEE 802.3. Dodatkowo transceiver
Ethernetowy zapewnia izolację elektryczną pomiędzy stacjami oraz wykrywa i reaguje na kolizje.
MAU (Medium Attachement Unit) moduł dołączania medium jest jednym z określeń IEEE na
transceiver. Karta sieciowa najczęściej ma zintegrowany wewnątrz transceiver.
AUI (Attachment Unit Interface) - połączenie pomiędzy kontrolerem i transceiverem. Aktualnie
prawie nie występuje, był to rodzaj kabla i gniazdek, do komunikowania się karty sieciowej z
dołączanymi do niej transceiverami. Dopiero transceiver mógł zostać podłączony do medium
transmisyjnego (np.: koncentryk, skrętka)
Segment ą część okablowania sieci ograniczona przez mosty (bridge), przełączniki (switche),
rutery, wzmacniaki lub terminatory. Najczęściej połączenie między dwoma komputerami lub
koncentratorem i komputerem (dla skrętki i światłowodu), lub jeden odcinek kabla koncentrycznego
łączącego wiele urządzeń.
Wzmacniak (repeater) ą stanowi połączenie elektryczne między dwoma segmentami sieci. Jego
zadaniem jest wzmocnienie i odnowienie sygnału w celu zwiększenia rozległości sieci. W żaden
sposób nie ingeruje w zawartość logiczną ramki.
Koncentrator (hub, concentrator) ą umożliwia podłączenie (w topologii gwiazdy) wielu urządzeń
sieciowych w jeden segment. W rozważaniach można go traktować jak połączenie wielu
wzmacniaków (wieloportowy wzmacniak).
Domena kolizji jest formalnie definiowana jako pojedyncza sieć CSMA/CD, w której może
nastąpić kolizja, jeśli dwa komputery podłączone do tej sieci będą nadawać jednocześnie. Jeśli
mamy komputery połączone za pomocą koncentratora (kilku) lub kabla koncentrycznego to tworzą
one pojedyńczą domenę kolizji. Urządzenia takie jak przełącznik, ruter tworzą oddzielne domeny
kolizji na każdym ze swoich portów.
Norma IEEE 802.3 opisuje wytyczne przy tworzeniu pojedynczej domeny
kolizyjnej dla szybkości 10Mbps.
Jeżeli w naszej sieci będzie się znajdował przełącznik lub ruter, to należy traktować każdy jego
interfejs jak osobną sieć (domenę kolizji) w rozumieniu normy. W normie zawarte są dwa modele
służące do weryfikacji konfiguracji sieci. Model pierwszy przedstawię poniżej. Model drugi
opierający się na zestawie pomocniczych obliczeń przy których korzysta się z tabel z różnymi
współczynnikami. Ze względu na jego złożoność i fakt, że najczęściej korzystają z niego
administratorzy dużych i nietypowych sieci, nie zamieszczę jego opisu. Po dokładniejsze dane
odsyłam do pozycji [4] bibliografii. Model 1 opiera się o kilka uogólnionych i uproszczonych zasad.
Należy pamiętać, że ze względu na wspomniane uproszczenia, istnieją sieci niezgodne z modelem
1, a poprawne względem modelu 2. Przy analizie bardziej nietypowych i złożonych sieci Ethernet
należy skorzystać ze wspomnianej wyżej publikacji.
Ponieważ norma ta była tworzona dosyć dawno i wiele wymienianych w niej urządzeń już nie jest
spotykanych, nie będę rozwijał reguł ich dotyczących (złącze AUI, FOIRL).
" Grupy koncentratorowe są wymagane dla wszystkich połączeń między segmentami. Grupa
koncentratorowa oznacza urządzenie koncentrator, spełniające wszelkie funkcje narzucone
przez normę.
" MAU, które są częścią grup koncentratorowych, są zaliczane przy określaniu maksymalnej
ilości MAU w segmencie. Podobnie jak karty sieciowe, współczesne koncentratory posiadają
wewnątrz wbudowane transceivery, które należy uwzględniać podczas obliczeń.
" Dopuszczalna droga transmisyjna pomiędzy dwoma DTE może zawierać do pięciu
segmentów, czterech grup koncentratorowych (zawierających opcjonalnie AUI), dwóch
MAU i dwóch AUI. Pomiędzy dwiema dowolnymi kartami sieciowymi w jednej domenie
kolizji może być maksymalnie pięć segmentów i cztery koncentratory.
" Kable AUI dla 10base-F nie powinny przekraczać 25m.
" Kiedy droga transmisyjna składa się z czterech koncentratorów i pięciu segmentów, trzy
segmenty w ścieżce mogą być segmentami mieszanymi, pozostałe muszą być segmentami
łącza. Przy pięciu segmentach każdy światłowodowy segment łącza (FOIRL, 10Base-FB lub
10Base-FL) nie powinien przekraczać 500m, a segment 10Base-FP 300m. Segment
mieszany to taki który ma dołączone więcej niż dwa interfejsy (np.: kabel koncentryczny).
Segment łącza jest połączeniem punkt-punkt za pomocą skrętki lub światłowodu (medium
umożliwiającego transmisję full-duplex), do którego podłączono tylko dwa MAU.
" Dla trzech koncentratorów i czterech segmentów:
" Każdy światłowodowy segment pomiędzy koncentratorami (FOIRL, 10Base-FB lub
10Base-FL) nie powinien przekraczać 1000m, a segment 10Base-FP 700m.
" Każdy światłowodowy segment pomiędzy koncentratorem i DTE nie powinien
przekraczać 400m dla 10Base-FL, 300m dla 10Base-FP.
" Dla takiego przypadku nie ma ograniczeń jeśli chodzi o ilość segmentów
mieszanych. Tzn. że wszystkie segmenty mogą być segmentami mieszanymi.
Reguły te zostały jeszcze bardziej uproszczone w łatwej do zapamiętania i powszechnie stosowanej
tzw. zasadzie 5-4-3:
- nie może być więcej niż 5 połączonych segmentów,
- pomiędzy dwiema stacjami nie może być więcej niż 4 wzmacniaki (np.: koncentratory),
- maksymalnie 3 z nich mogą być segmentami mieszanymi.
Zasady 5-4-3 nie należy interpretować, tak że w osobnej domenie kolizji nie może być więcej niż
cztery koncentratory. Jedynie pomiędzy każdymi dwoma komunikującymi się ze sobą
komputerami, może ich być najwyżej cztery.
Reguły dla Fast Ethernetu (100Mbps)
" Wszystkie segmenty miedziane (skrętkowe) muszą mieć długość mniejszą lub równą
100m.
" Segmenty światłowodowe (half-duplex) muszą mieć długość mniejszą lub równą 412m.
" Długość każdego kabla AUI nie może przekraczać 0,5m.
Istnieją dwa rodzaje koncentratorów 100Mbps: klasy I i klasy II.
Pomiędzy dwiema stacjami w fast Ethernecie może być tylko jeden koncentrator klasy I lub dwa
koncentratory klasy II. Rozpiętość sieci Fast Ethernet nie powinna przekraczać 200m. Przy
wykorzystaniu koncentratorów klasy II może być 205m, uwzględniając 5m na kabel krosowy
pomiędzy koncentratorami. Oczywiście możliwe są inne długości kabla krosowego, należy jednak
dbać aby nie przekroczyć maksymalnej rozpiętości sieci (domeny kolizyjnej). Można również użyć
więcej niż jednego koncentratora klasy I lub dwóch klasy II. Jednak dla takiej sieci należy wykonać
obliczenia dla modelu 2 i sprawdzić zgodność zależności czasowych.
Całość po
Rodzaj połączenia Całość po miedzi Miedz
i światłowód
światłowodzie
DTE ----- DTE 100 m 412 m nie dotyczy
100m skrętki
DTE -- HUB I-- DTE 200 m 272 m
160m światłowodu
100m skrętki
DTE -- HUB II -- DTE 200 m 320 m 208m światłowodu
105m skrętki
DTE -- HUB II - HUB II -- DTE 205 m 228 m
116m światłowodu
Tabela średnic domen kolizyjnych dla Fast Ethernetu [4]
Reguły dla Gigabit Ethernetu (1000Mbps)
" System jest ograniczony do jednego koncentratora.
" Segmenty mają długość mniejszą niż 316m.
Ponieważ nie produkuje się koncentratorów dla Gigabit Ethernetu na światłowodzie, nie będę
opisywał tych reguł. W praktyce nie spotyka się sieci half-duplex na Gigabit Ethernecie. Zamiast
koncentratorów w sprzedaży są przełączniki w których stosuje się segmenty ful-duplex.
Należy dbać aby w sieci Ethernet, nie wystepowało zbyt wiele kolizji. W przypadku ich nadmiaru,
należy podzielić sieć na osobne domeny kolizji. Przy połączeniu komputerów za pomocą urządzeń
pracujących w warstwie 1 modelu ISO/OSI (wzmacniaków, koncentratorów) tworzymy pojedynczą
domenę kolizji. W przypadku zastosowania urządzeń pracujących również w warstwie 2 (i
wyższych) modelu ISO/OSI (mosty, przełączniki, rutery) dzielimy sieć na osobne domeny kolizji.
3.5 Technologie [4]
Full-duplex
Dodatek do standardu Ethernet - IEEE 802.3x definiuje jeszcze jeden tryb transmisji dla Ethernetu,
nazywany full-duplex, który omija protokół CSMA/CD. Protokół CSMA/CD definiuje tzw. half-
duplex, co oznacza, że stacje nie mogą transmitować danych w tym samym czasie. Full-duplex
umożliwia dwóm stacjom równoczesną wymianę danych poprzez łącze typu punkt-do-punktu
(point-to-point). Muszą one jednak posiadać niezależne ścieżki nadawania i odbioru. W tym
przypadku medium kabla koncentrycznego nie spełnia tego warunku, jest tam jedynie jedna ścieżka
i nie ma możliwości transmisji full-dupleks poprzez koncentryk. Ponadto w tym trybie można
połaczyć jedynie dwie stacje i obie muszą mieć interfejsy sieciowe skonfigurowane do pracy w
trybie full-dupleks. Stacja o prędkości 10Mbit w trybie full-duplex uzyskuje szerokość pasma równą
20Mbit. Dodatkowo, zaletą trybu full-dupleks jest brak ograniczeń długości segmentu wynikających
z wymagań czasowych (szczelina czasowa S - rozpiętość sieci). W tym trybie pracy dlugość
segmentu ograniczają jedynie parametry medium, np.: w skrętce CAT5 charakterystyki elektryczne
kabla ograniczają jego długość do 100 metrów. Jednak dużą zaletę tego trybu pracy widzimy po
rozmiarze maksymalnym segmentów światłowodowych.
W transmisji full-duplex nie ma możliwości wykrywania kolizji, co w niektórych przypadkach może
stwarzać problemy. W przypadku gdy jeden komputer w sieci ma ustawioną transmisję typu full-
duplex i zostanie podłączony do koncentratora, wystąpi zjawisko wielokrotnych kolizji, ponieważ
przy takim połączeniu komputer ten uznaje, że ma dostępną całą szerokość pasma i nie sprawdza
czy może nadawać.
Największe korzyści ze stosowania trybu full-duplex otrzymamy używając go w połączeniach
rdzenia sieci pomiędzy przełącznikami i w połaczeniach serwerów z przełącznikami.
MAC Control
W załączniku IEEE 802.3x został zdefiniowany protokół kontroli MAC (MAC Control). Jeśli
stacja odbierze ramkę z wartością (szesnastkową) 0x8808 w polu typu, to odczytuje kod operacji
(opcode) umieszczony w polu danych. Kod operacji umieszczony jest w pierwszych 2 bajtach pola
danych. Protokół MAC Control opsługuje sytuacje związane z zagubieniem ramki w sieci,
odrzuceniem tego typu ramki, jej uszkodzeniem lub opóz
nieniem. Rozmiar tego typu ramki jest
minimalnym rozmiarem ramki w sieci czyli wynosi 64 bajty.
Podczas transmisji full-duplex, protokół kontroli MAC przenosi polecenia PAUSE. Wartość kodu
operacji dla PAUSE to 0x0001 (hex). Tylko stacje skonfigurowane do pracy w trybie full-duplex
mogą odbierać ramki typu PAUSE. Poza kodem w ramce znajduje się czas przez jaki należy
wstrzymać wysyłanie kolejnych ramek z danymi do danej stacji. W taki sposób został zapewniony
mechanizm sterowania przepływem danych w czasie rzeczywistym. Ramka taka wysyłana jest na
z góry zdefiniowany adres grupowy 01-80-C2-00-00-01. Dzięki temu stacja wysyłająca ramke nie
musi zapamiętywać adresu drugiej stacji w połączeniu full-duplex.Ponadto adres ten jest wygodny
przypołączeniu dwóch przełączników pracujących w trybie full-duplex, ponieważ mogą do siebie
wysyłać takie ramki sterując transmisją i nie będą one rozgłaszane w całej domenie rozgłoszeniowej
(zostało to opisane w standardzie IEEE 802.1D opisującym pracę przełączników w sieci).
Automatyczne negocjowanie
Protokół Auto-Negotiation wykorzystuje do przesyłania informacji system sygnalizacji zwany FLP
(Fast Link Pulse ). Sygnały te są zmodyfikowaną wersją sygnałów NLP (Normal Link Pulse)
wykorzystywanych do weryfikacji integralności łącza w standardzie 10Base-T. Z wyjątkiem systemu
Gigabit Ethernet pracującego na światłowodzie, nie ma standardów auto-negocjacji IEEE dla
światłowodów. Każdy impuls NLP trwa 100ns. Podobnie każdy impuls FLP trwa 100ns ale składa
się z 33 krótkich impulsów. Czas przerwy jest taki sam w przypadku NLP i FLP. To sprawia, ze
interfejsy wykorzystujące FLP są zgodne ze starszymi interfejsami 10Base-T nie obsługującymi
protokołu Auto-Negotiation.
Pierwsze 17 z 33 impulsów stanowi podstawę czasu (koduje zegar). Kolejne 5 bitów stanowi pole
selektora identyfikujące technologię LAN. Dla Ethernetu ciąg ma postać : 10000. Następne 8 bitów
opisuje technologie sieciowe z jakimi może pracować interfejs, kolejne bity oznaczają: 10Base-T,
10Base-T full-duplex, 100Base-TX, 100Base-T full-duplex, 100Base-T4, PAUSE, Zarezerwowany,
Zarezerwowany. Jeśli pojawia się jedynka, tzn. że interfejs obsługuje daną technologię. Następny bit
jest wskaz
nikiem błędu, oznacza że zostało wykryte jakieś uszkodzenie (np. kabla). Piętnasty bit
stanowi sygnał ACK, i jest potwierdzeniem przyjętej wcześniej wiadomości. Komunikaty systemu
automatycznego negocjowania są wysyłane do czasu aż druga strona nie odpowie wiadomością z
ustawionym bitem potwierdzenia. Interfejs wysyła potwierdzenie po odebraniu trzech identycznych,
kolejnych wiadomości. Ostatni szesnasty bit sygnalizuje pojawienie się następnej wiadomości,
kontynuującej opisywanie możliwości interfejsu wysyłającego.
Kiedy stacje zakończą procedurę auto negocjacji, przez łącze nie może być przesłany żaden więcej
impuls FLP. System cały czas monitoruje pracę łącza i np. po chwilowym zerwaniu łącza
(przepięcie wtyczki) renegocjuje parametry pracy. Standard auto negocjacji w przypadku kontaktu z
urządzeniem nie obsługującym tego protokołu, stara się rozpoznać urządzenie i automatycznie
ustalić parametry pracy.
1000Base-T
W 1999 roku został ostatecznie zdefiniowany standard 1000Base-T przez normę IEEE 802.3ab.
Umożliwia on transmisję o szybkości 1000Mb/s przez skrętkę Cat-5 o długości 100 m.
Zdefiniowana została również transmisja typu full-duplex (przy wykorzystaniu 4 par) umożliwiająca
osiągnięcie przepustowości 2000Mb/s.
Poza zmianami opisanymi wcześniej, w standardzie znalazł się opcjonalny tryb pracy określony
jako potoki ramek. Pozwala to na transmisję więcej niż jednej ramki w danym czasie nadawania,
co poprawia osiągi systemu przy przesyłaniu dużych ilości krótkich ramek. całowita długość potoku
równa jest czasowi nadania 65536 bitów (8192 bajty) plus czas nadawania ramki końcowej.
Pierwsza ramka jest przesyłana normalnie, jeśli podczas jej transmisji nie wystąpi kolizja (w czasie
slot), tzn że łacze jest wolne i można kontynuować nadawanie potoku.
Ramka Rozszerzenie
Kolejne ramki oddzielane bitami rozszerzenia o czasie równym odstępowi międzyramkowemu
(IFG)
Ramka IFG Ramka IFG Ramka IFG Ramka ostatnia
Sygnały, kodowanie
Jeśli transceiver zostanie uszkodzony i zaczyna w sposób ciągły nadawać sygnał, sytuację taką
nazywamy jabbering. W takim przypadku definiowaną przez normę rolą transceivera jest odcięcie
sygnału.
Sygnały w 10Mbps koncentryku, skrętce i światłowodzie używają dosyć prostego schematu
kodowania Manchester. Sygnały zegara i danych są połączone i w środku każdego bitu następuje
przeskok taktu. Zasady kodowania Manchester:
- 0 - sygnał o wysokiej wartości w pierwszej połowie okresu i niskiej w drugiej,
- 1 - sygnał o niskiej wartości w pierwszej połowie okresu i wysokiej w drugiej.
Również światłowodowe wersje 10Mbps Ethernetu używają kodowania Manchester.
Sygnały w skrętce dla 10Base-T mają poziomy napięć od -2,5V do +2,5V, przy standardzie
100Base-T od -1V do +1V. Dla tego sygnalizacja ta nie wymaga punktu zero tj. w koncentryku.
Kodowanie w systemach 100Mbps opiera się na kodowaniu blokowym, np. 4 bitowy blok danych
kodowany jest za pomocą 5 bitowego symbolu (4B/5B). Dodatkowe symbole kodowe używane są
do celów kontrolnych, np.: sygnalizacja startu ramki, sygnalizacja błędów. W wyniku kodowania
blokowego transmisja ma rzeczywistą szybkość 125Mbaudów. Ponadto symbole transmitowane są
przy pomocy systemu zwanego wielopoziomowym progiem-3 (MTL-3). Oznacza to, że przy każdej
zmianie sygnał będzie miał jeden z trzech poziomów. Podczas każdego taktu zegara zmiana
poziomu sygnału oznacza logiczną jedynkę, a brak zmiany zero.
Interfejs ignoruje (poziom tłumienia) sygnały niższe niż 300mV. Typowy kabel Kategorii 5 ma
tłumienie na poziomie 11,5dB na długości 152 metrów. Uwzględniając ok. 1,5dB na złączach,
kablach krosowych itp. jest szansa na osiągnięcie 150m długości segmentu, przy użyciu dobrej
jakości fachowo wykonanych (krosy) elementów. Impedancja falowa skrętki wynosi 100 omów.
Transceivery 10Base-T w przypadku braku transmisji co pewien czas wysyłają sygnał testu łącza,
sprawdzając połączenie. Jeśli równocześnie świeci nam się dioda na transceiverach po obu stronach
połączenia (po jednej stronie może być np.: koncentrator) to połączenie jest wykonane dobrze i
działa poprawnie. Należy pamiętać, że diody na niektórych kartach sieciowych świecą ciągle,
niezależnie od podłączenia przewodu sieciowego. Transceivery skrętkowe wykrywają kolizję
poprzez równoczesne pojawienie się sygnału na obu parach - nadawczej i odbiorczej.
Podobnie w światłowodowym systemie Gigabit Ethernet stacja sprawdza integralność łącza na
podstawie sygnałów aktywności (transmisja) odległej stacji. W okresach bezczynności łącza,
wysyłane są sygnały IDLE. W przypadku ich urwania, stacja zaczyna wysyłać informację o
uszkodzeniu, co - jeśli zostało przerwane tylko jedno włókno - umożliwia zasygnalizowanie
uszkodzenia przez stację na drugim końcu światłowodu.
Skrętkowy Gigabit Ethernet ze względu na złożoność problemu transmisji z tak wysoką szybkością
po medium miedzianym, używa systemu kodowania nazwanego 4D-PAM5, który przesyła sygnały
czterema parami przewodów. Zmienia 8-bitowy bajt danych w równoczesną transmisję czterech
symboli kodowych, czterema parami przewodów (4D). Symbole wykorzystują pięciopoziomową,
pulsową modulację amplitudy (PAM5). Sygnał ten zawiera w sobie korekcję błędów. Równocześnie
do transmisji wykorzystywane są wszystkie 4 pary, każda równocześnie do nadawania i do
odbierania sygnałów. Dwa bity danych są kodowane pojedynczą zmianą amplitudy sygnału. Ponadto
na równocześnie nadawanie odbywa się na czterech parach, więc przy jednym takcie zegarowym
wysyłamy 8 bitów informacji. Dzięki temu udało się przy szybkości 125Mbaudów uzyskać
transmisję 1000Mbps.
Urządzenie 1000Base-T musi wykorzystywać system auto negocjacji, decydujący który transceiver
będzie pracował w trybie master, a który w slave. Master narzuca sygnał zegarowy.
Do pracy w systemie 1000Base-T wszystkie komponenty (kable, łącza) muszą spełniać wymagania
Cat 5.
Nr Sygnał
styku
1 BI_DA+
2 BI_DA-
3 BI_DB+
4 BI_DC+
5 BI_DC-
6 BI_DB-
7 BI_DD+
8 BI_DD-
Sygnały 1000Base-T na RJ-45 [4]
Przez skrętkę równocześnie transmitowane są w obu kierunkach cztery sygnały: BI_DA, BI_DB,
BI_DC, BI_DD. Większość urządzeń posiada system wykrywania polaryzacji i odpowiedniej jej
zamiany na wypadek zamiany miejscami przewodów w parze kabla UTP.
1000Base-X
Sygnalizacja w światłowodowym Ethernecie światłowodowym oparta jest na prostym kodzie, gdzie
jedynce odpowiada wysoki poziom światła, a zeru ciemność. Do zakodowania każdych 8 bitów
danych użyte zostało 10 bitów sygnału, co powoduje że szybkość transmisji musi wynosić
1250Mbaudów. Maksymalna częstotliwość pracy diod LED wynosi około 600MHz, więc używane
są lasery.
Standart określa, że segment 1000Base-LX w trybie full-duplex może osiągnąć długość do 5000m,
jednak wielu producentów sprzedaje własne rozwiązania o lepszych parametrach. Nigdy nie należy
patrzyć na końcówki światłowodu, ponieważ strumień laserowy po pierwsze jest niewidoczny dla
ludzkiego oka (pracuje w podczerwieni), a po drugie uszkadza siatkówkę nie wywołując wrażenia
bólu, więc nawet nie zauważymu kiedy oślepniemy. Jest takie powiedzenie: iIe razy można zajrzeć
w światłowód? ... Dwa, raz lewym okiem, a raz prawym.
Wydajność sieci Ethernet 10Mbps
Nadal pokutuje pogląd że sieć Ethernet wypełnia się przy obciążeniu 37% i wiele więcej od niej nie
należy oczekiwać. Wartość ta pochodzi z opracowania Boba metcalfa i Davida Boggsa opisującego
rozwój i działanie ethernetu. Niestety opracowanie to pochodzi z roku 1976. Ponadto opiera się na
silnie uproszczonym modelu, wykorzystywanym przy założeniach maksymalnej transmisji ramek o
minimalnej długości. Przy wykorzystaniu takiego modelu, sieć rzeczywiście wypełnia się przy
36,8%. Autorzy ostrzegali o uproszczeniu rozważań, ale nie zapobiegło to ustaleniu się mitu.
W 1988 roku David Boggs wraz z dwoma współpracownikami (Mogul i Kent) opublikowali wyniki
badań praktycznych rzeczywistego systemu Ethernet. Nawet kiedy 24 stacje stale rywalizowały o
pasmo i wysyłały ramki o minimalnym rozmiarze (warunki podobne do założeń pierwszego
modelu), wykorzystanie kanału oscylowało w granicach 9Mbps (po szczegóły odsyłam do pozycji
[4] z bibliografii).
Dalsze analizy wykonywane dzięki coraz lepiej oddających rzeczywiste zachowanie sieci modelu
oraz porównań z rzeczywistymi wynikami prowadzą do kilku ciekawycych wniosków.
- Jeśli liczba stacji w pojedynczej domenie kolizji nie przekracza 200, sieć zachowuje
się stabilnie i umożliwia transmisję danych w sensownym czasie.
- Ciągłe przeciążenie kanału nie jest normalnym trybem pracy sieci Ethernet, która
charakteryzuje się raczej krótkotrwałymi "wybuchami" transmisji ramek.
- Dla obciążenia sieci do 50%, średni czas odpowiedzi jest bliski 0,001s. Umożliwia to
pracę aplikacji transmitujących dane (dz
więk, obraz) w czasie rzeczywistym.
- W zakresie od 50% do 80% obciążenia kanału średnie opóz
nienie wzrasta aż do 0,1s.
Dla usług typu WWW, telnet, ftp opóz
nienie nie będzie zauważalne. Krótkotrawałe
"eksplozje" ruchu do wartości 80-100% są normalnym stanem pracy sieci i nie stanowią
problemu.
- Sieć obciążona powyżej 80% powinna zostać przekonfigurowana (np.: podzielona na
domeny kolizji za pomocą przełącznika), ponieważ nie zapewnia transmisji ramki w
sensownym czasie.
Dodatkowym paramatrem opisującym działanie sieci Ethernet jest ilość kolizji podana jako procent
ilości wysłanych ramek. W normalnie działającym segmencie ilość kolizji nie jest ważnym
paramatrem. Jednak gdy zbliża się do 100% wysłanych ramek, jest sygnałem awarii.
Ogólne praktyczne reguły stosowane przez administratorów, mówią że problemy z siecią zaczynają
się gdy:
- średnie wykorzystanie sieci w ciągu dowolnych 8 godzin pracy przekracza 20%,
- średnie wykorzystanie sieci w ciągu dowolnej 1 godziny pracy przekracza 30%,
- średnie wykorzystanie sieci w ciągu dowolnych 15 minut pracy przekracza 50%.
Czego teoretycznie możemy oczekiwać po sieci Ethernet:
Rozmiar Rozmiar Maks. liczba ramek na Maks. liczba danych w
ramki pola danych sekundę bajtach na sekundę
64 46 14 880 684 480
82 64 12 254 784 260
146 128 7 530 963 840
274 256 4 251 1 088 256
530 512 2 272 1 163 264
1042 1024 1 177 1 205 248
1518 1500 812 1 218 000
3.6 Rodzaje nośników.
W sieciach typu Ethernet można stosować różnorodne rodzaje mediów transmisyjnych. Ich wybór
opiera się o kilka cech, które należy rozważyć projektując sieć:
" wymagania szerokości pasma aplikacji i użytkownika,
" perspektywy rozwoju sieci,
" odległości między systemami komputerów,
" środowisko geograficzne (kabel, transmisja radiowa lub satelitarna),
" wymagana tolerancja błędu ą zdolność sieci do funkcjonowania pomimo poważnej awarii,
najczęściej jest funkcją topologii sieci,
" środowisko ą rodzaj i moc zakłóceń generowanych przez otoczenie,
" cena.
Maks. długość segmentu
Norma ą
w m.
Rodzaj medium
Standard rok Szybkość Topologia
transmisyjnego
ogłoszenia
Half-Duplex Full-Duplex
pojedynczy 50W
przewód
DIX-1980,
10Base5 10Mb/s Magistrala koncentryczny (gruby 500 n/a
802.3-1983
Ethernet) o średnicy
10mm
pojedynczy 50W
przewód
802.3a-
10Base2 10Mb/s Magistrala koncentryczny (cienki 185 n/a
1985
Ethernet RG58) o
średnicy 5mm
pojedynczy 75
802.3b-
10Broad36 10Mb/s Magistrala przewód 1800 n/a
1985
szerokopasmowy
802.3d-
FOIRL 10Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 1000 >1000
1987
dwie skręcone pary
802.3e-
1Base5 1Mb/s Gwiazda przewodów 250 n/a
1987
telefonicznych
802.3i- dwie pary kategorii
10Base-T 10Mb/s Gwiazda 100 100
1990 Cat-3 UTP
802.3j-
10Base-FL 10Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 2000 >2000
1993
802.3j-
10Base-FB 10Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 2000 n/a
1993
802.3j-
10Base-FP 10Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 1000 n/a
1993
802.3u- dwie pary kategorii
100Base-TX 100Mb/s Gwiazda 100 100
1995 Cat-5 UTP
802.3u-
100Base-FX 100Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 412 2000
1995
802.3u- cztery pary kategorii
100Base-T4 100Mb/s Gwiazda 100 n/a
1995 Cat-3 UTP
802.3y- cztery pary kategorii
100Base-T2 100Mb/s Gwiazda 100 100
1997 Cat-3 UTP
laser długofalowy
(1300nm) przez:
- 62.5um
802.3z- wielomodowe włókno 316 550
1000Base-LX 1Gb/s Gwiazda
1998 - 50um wielomodowe 316 550
włókno 316 5000
- 10um jednomodowe
włókno
laser krótkofalowy
(850nm) przez:
802.3z- - 62.5um
1000Base-SX 1Gb/s Gwiazda 275 275
1998 wielomodowe włókno
316 550
- 50um wielomodowe
włókno
802.3z- ekranowany kabel
1000Base-CX 1Gb/s Gwiazda 25 25
1998 miedziany
802.3ab- cztery pary kategorii
1000Base-T 1Gb/s Gwiazda 100 100
1999 Cat-5 UTP
Tab 3.2. Tabela norm IEEE dotyczących sieci Ethernet [5i].
W specyfikacji IEEE 802.3 przedstawionych zostało wiele różnych standardów, spośród których
najważniejszymi dla nas są:
10Base-2 - (Thin Ethernet) kabel koncentryczny cienki.
10Base-5 - (Thick Ethernet) kabel koncentryczny gruby.
10Base-T - (UTP - Unshielded twisted-pair cable) skrętka 10Mbit.
100Base-T - skrętka 100Mbit.
10Base-FL - (Fiber Optic Cable) światłowód.
W naszej sieci zastosowano głównie skrętkę i światłowód (w niewielkim fragmencie koncentryk,
który w trakcie pisania pracy wyszedł z użycia), jednak ze względu na znaczenie historyczne i jego
ciągłe stosowanie omówię również przewód koncentryczny.
HOME TOP
3.7 Przewód koncentryczny [1].
Technologia oparta na kablu koncentrycznym przechodzi do historii. Obarczona jest ona wieloma
wadami (omówię je w dalszej części rozdziału), które powodują rezygnowanie z jej stosowania.
Wyróżnia się dwa rodzaje kabla koncentrycznego:
Ethernet gruby ą 10Base-5 (Thick Ethernet) oznaczenie kabla RG-8 i RG-11, o impedancji falowej
50 omów i grubości 1/2", praktycznie wyszedł z użycia, czasem stosowany jako rdzeń sieci (max.
odległość między stacjami do 500m).
Ethernet cienki ą 10Base-2 (Thin Ethernet) oznaczenie kabla RG-58, o impedancji falowej 50
omów i grubości 1/4", powszechnie stosowany w małych sieciach lokalnych (przy połączeniu 2
komputerów max. odległość między nimi to185m). Czasem jeszcze spotyka się tą technologię w
praktycznych zastosowaniach.
Zalety kabla koncentrycznego:
- ze względu na posiadaną ekranizację, jest mało wrażliwy na zakłócenia i szumy,
- jest tańszy niż ekranowany kabel skręcany,
- posiada twardą osłonę, dzięki czemu jest bardziej odporny na uszkodzenia fizyczne.
Wady kabla koncentrycznego:
- ograniczenie szybkości do 10Mbit,
- niewygodny sposób instalacji (duże łącza, terminatory, łączki T, duża grubość i niewielka
elastyczność kabla),
- słaba skalowalność (problemy z dołączeniem nowego komputera),
- niska odporność na poważne awarie (przerwanie kabla unieruchamia dużą część sieci),
- trudności przy lokalizowaniu usterki,
y
ródło transmisji Elektryczne
Współpracujące topologie 10Mb Ethernet
Maksymalna długość segmentu 185 m
Minimalna długość kabla 0,5 m
Maksymalna liczba stacji 30 na jeden segment kabla
Maksymalna liczba segmentów 5 powtórzonych segmentów, z których tylko 3 są
wypełnione
Maksymalna całkowita długość sieci 925 m
Tab. 3.3. Parametry kabla Thinnet [1].
W technologii 10Base-2 kolejne odcinki kabla łączymy w topologii magistrali za pomocą końcówek
BNC.
Rys 3.2. Końcówka BNC;
Podczas instalacji końcówki BNC wykorzystuje się specjalne narzędzie do przycięcia
poszczególnych części kabla na odpowiednie długości.
Rys. 3.3. Budowa kabla koncentrycznego; na podstawie [3i].
Następnie za pomocą szczypiec zaciskowych wykonuje się połączenie mechaniczne i elektryczne
końcówki BNC.
Rys 3.4 Budowa złącza BNC
Kable koncentryczne powinny być zakończone terminatorami (specjalne końcówki o rezystancji
50 Om dostosowanej do impedancji falowej kabla), z czego jeden z nich powinien być uziemiony
(podłączony krótkim łańcuszkiem do obudowy komputera).
Rys 3.5 Terminator BNC z uziemieniem, łącznik T.
Rys 3.6 Schemat fizycznego łączenia komputerów w technologii 10Base-2.
W takim połączeniu potrzebne są różne dodatkowe elementy: terminatory, łączniki T, łącza BNC.
Zastosowania sieci 10Base-2
Chociaż sieć 10Base-2 jest technologią wychodzącą z użytku, nadal może się okazać przydatna w
niektórych zastosowaniach. Przykładowo przy instalacji małej sieci domowej - do 5 komputerów -
koszt (tanie używane karty sieciowe, brak dodatkowych urządzeń sieciowych ą koncentratora) takiej
instalacji jest o wiele niższy od instalacji z wykorzystaniem skrętki. Ponadto przy niewielkiej liczbie
komputerów problemy z diagnozowaniem uszkodzeń fizycznych sieci nie są zbyt duże.
Ciekawym zastosowaniem tej technologii, stają się ostatnio sieci osiedlowe. W przypadku
odległości pomiędzy blokami powyżej 100 m, często wykorzystuje się przewód koncentryczny.
Dodatkowo, kabel ten jest mocniejszy mechanicznie i bardziej odporny na warunki zewnętrzne, co
ułatwia jego instalację na zewnątrz budynków.
Ponadto w środowiskach o dużych szumach elektromagnetycznych, również objawiają się zalety
kabla koncentrycznego.
3.8 Skrętka UTP [1].
Aktualnie najpopularniejszym środkiem transmisji stał się nie ekranowany dwuparowy kabel
skręcany (UTP - Unshielded Twisted-Pair cable) ą 10Base-T.
Opierając się na standardzie ANSI/EIA 586 (American National Standarts Institute/ Electronic
Industries Asociation) i pracach grupy 2840, ISO/IEC zdefiniował nowy standard: ISO IS11801,
przyjęty do stosowania w 1994 roku.
Kategorie nie ekranowanego kabla skręcanego dla aplikacji klasy C[3]:
CAT 1 & 2 - głos i dane małej jakości (np.: modem)
CAT 3 - transmisja do 10 Mbps (max. dł. 100 m)
CAT 4 - transmisja do 16 Mbps (max. dł. 150 m)
CAT 5 - transmisja do 100 Mbps (max. dł. 160 m)
Aplikacje klasy C są to aplikacje dotyczące danych o dużej częstotliwości do 16MHz.
Zalety skrętki:
- jest najtańszym medium transmisji (jeśli chodzi o cenę metra, bez uwzględniania dodatkowych
urządzeń),
- wysoka prędkość transmisji (do 1000Gb/s),
- łatwe diagnozowanie uszkodzeń,
- łatwa instalacja,
- odporność na poważne awarie (przerwanie kabla unieruchamia najczęściej tylko jeden
komputer),
- jest akceptowana przez wiele rodzajów sieci,
Wady skrętki:
- niższa długość odcinka kabla niż w innych mediach stosowanych w Ethernecie,
- mała odporność na zakłócenia (skrętki nie ekranowanej),
- niska odporność na uszkodzenia mechaniczne ą konieczne jest instalowanie specjalnych listew
naściennych itp.
y
ródło transmisji Elektryczne
Współpracujące topologie 10Mb, 100Mb i 1Gb Ethernet, FDDI, ATM
Maksymalna długość kabla 100 m
Minimalna długość kabla Brak
Minimalna liczba stacji 2 na kabel
Maksymalna liczba stacji 1024 na segment
Maksymalna liczba Dla 10Mb: 5 powtórzonych segmentów, z których tylko 3 są
segmentów wypełnione
Dla 100Tx i 1Gb: 2 powtórzone segmenty
Maksymalna średnica sieci Dla 100Mb ą 205 m.
Dla 10Mb ą ok. 2000 m.
Maksymalna całkowita 100 m
długość segmentu
Tab. 3.4. Parametry kabla skręcanego [1].
Dla szybkości 100Mb/s istnieją dwa różne media:
100Base-TX - skrętka kategorii 5, wykorzystane 2 pary (tak jak w 10Base-T).
100Base-T4 - skrętka kategorii 5, wykorzystane 4 pary.
Dla szybkości 1000Mb/s została przewidziana również skrętka kategorii 5 wykorzystująca
wszystkie 4 pary. Oczywiście można użyć lepszego kabla.
W przypadku wykorzystania skrętki w środowiskach o dużych szumach elektromagnetycznych,
stosuje się ekranowany kabel skręcany (STP). Zbudowany jest on z czterech skręcanych ze sobą par
przewodów miedzianych, otoczonych ekranującą siatką lub folią i umieszczonych w izolacyjnej
osłonie.
W zastosowaniach skrętki można napotkać dwa typy końcówek:
- RJ-11 - sześciopozycyjny łącznik modularny (łącze telefoniczne),
- RJ-45 - ośmiopozycyjny łącznik modularny (sieć Ethernet).
Rys. 3.7 Wygląd wtyczki i gniazdka RJ-45, numery wyprowadzeń.
Wyróżniamy 3 rodzaje połączeń końcówek kabla UTP:
odwrotny - końcówka 1 do 8, końcówka 7 do 2, itd. ą zastosowany w kablu
telefonicznym,
zgodny - końcówka 1 do 1, końcówka 2 do 2, itd. ą np.: połączenie Ethernet
pomiędzy koncentratorem i kartą sieciową komputera,
krzyżowy - (cross-over) odwraca tylko niektóre połączenia, często spotykane przy
połączeniach pomiędzy koncentratorami lub przy łączeniu dwóch komputerów bez
pośrednictwa koncentratora.
W większości koncentratorów jednak istnieje możliwość dokonania zamiany kolejności przewodów
wewnątrz urządzenia i wykorzystania kabla zgodnego. Metoda ta nazywana jest wewnętrznym
krzyżowaniem; gniazdka (lub przełączniki) realizujące takie połączenie oznaczane są symbolem X.
Dzięki temu możemy połączyć (skrosować) ze sobą koncentratory przy pomocy kabla zgodnego
Rys. 3.5. Wtyczka i gniazdo RJ-45. Z dokumentacji firmy 3Com.
Przeznaczenie Nr Kolor Nr Przeznaczenie
Odbiór + 1 Biało/Pomarańczowy 1 Transmisja +
Odbiór - 2 Pomarańczowy 2 Transmisja -
Transmisja + 3 Biało/Zielony 3 Odbiór +
(nie używane) 4 Niebieski 4 (nie używane)
(nie używane) 5 Biało/Niebieski 5 (nie używane)
Transmisja - 6 Zielony 6 Odbiór -
(nie używane) 7 Biało/Brązowy 7 (nie używane)
(nie używane) 8 Brązowy 8 (nie używane)
Tab. 3.5 Połączenie zgodne UTP [8i]
Przeznaczenie Nr Kolor Nr Przeznaczenie
Transmisja + 3 Biało/Zielony 1 Odbiór +
Transmisja - 6 Zielony 2 Odbiór -
Odbiór + 1 Biało/Pomarańczowy 3 Transmisja +
(nie używane) 7 Biało/Brązowy 4 (nie używane)
(nie używane) 8 Brązowy 5 (nie używane)
Odbiór - 2 Pomarańczowy 6 Transmisja -
(nie używane) 4 Niebieski 7 (nie używane)
(nie używane) 5 Biało/Niebieski 8 (nie używane)
Tab. 3.6 Połączenie krzyżowe UTP [8i]
Pary numeruje się tak[4]:
Sekwencja TIA/EIA T568A
numer pary kolor pary styki
1 niebieski 4 (nieb), 5 (bia-nieb)
2 pomarańczowy 3 (bia-pom), 6 (pom)
3 zielony 1 (bia-ziel), 2 (ziel)
4 brązowy 7 (bia-brąz), 8 (brąz)
Opcjonalna sekwencja TIA/EIA T568B
numer pary kolor pary styki
1 niebieski 4 (nieb), 5 (bia-nieb)
2 pomarańczowy 1 (bia-pom), 2 (pom)
3 zielony 3 (bia-ziel), 6 (ziel)
4 brązowy 7 (brąz), 8 (bia-brąz)
Para styków 4-5 jest nie używana, w celu zapewnienia zgodności ze standardem połączeń
telefonicznych. W przypadku pomyłkowego wpięcia kabla telefonicznego w złącze sieciowe, styki z
wysokim napieciem centrali telefonicznej (dochodzącym do 60V) nie będą miały połączenia
elektrycznego z urządzeniem sieciowym.
Rys. 3.6. Połączenie zgodne i krzyżowe kabla UTP [3i].
Wymagania dla instalacji kategorii 5.
Przedstawiam podstawowe wymagania, wg. normy TIA/EIA.
1. Minimalny promień zgięcia kabla wynosi czterokrotność średnicy kabla.
2. Kabel nie powinien być mocowany "na sztywno". Powinien mieć pewien luz - nie należy
dociskać maksymalnie "krawatek".
3. Kabla nie należy nadmiernie naciągać podczas układania w korytkach.
4. Pary przy wtyczce nie powinny być rozkręcone na długości większej niż 1,3cm.
5. Kable sieciowe powinny przebiegać dalej niż 30,5cm od skrętki. Od transformatorów i silników
należy zachować odległość 1,02m. Jeśli skrętka została umieszczona w metalowym korytku
prowadzącym, to minimalna odległość od przewodów zasilających wynosi 6,4cm.
6. Jeśli zaistnieje konieczność skrzyżowania kabli zasilającego ze skrętką, powinny one być ułożone
prostopadle do siebie.
3.9 Światłowód.[3]
Obecnie najnowocześniejszym medium transmisyjnym jest światłowód (Fiber Optic Cable). Zasada
jego działania opiera się na transmisji impulsów świetlnych między nadajnikiem (Optical
Transmitter) przekształcającym sygnały elektryczne na świetlne, a odbiornikiem (Optical Receiver)
przekształcającym sygnały świetlne odebrane ze światłowodu w sygnały elektryczne. Sieci oparte
na światłowodach zwane są FDDI (Fiber Distributed Data Interface).
Budowa światłowodu
1. Włókno optyczne, złożone z dwóch rodzajów szkła o różnych współczynnikach załamania
(Refraction Index):
- cześć środkowa ą rdzeń (Core), najczęściej o średnicy 62,5 um (rzadziej 50um)
- część zewnętrzną ą płaszcz zewnętrzny (Cladding), o średnicy 125 um;
2. Warstwa akrylowa
3. Tuba ą izolacja o średnicy 900 um.
4. Oplot kewlarowy.
5. Izolacja zewnętrzna.
Zasada działania światłowodu
Promień światła wędrując w rdzeniu światłowodu (o współczynniku załamania n1), natyka się na
środowisko o innym współczynniku załamania (n2) ą płaszcz. Gdy promień pada od strony rdzenia
na płaszcz pod kątem a, to pewna część światła zostaje odbita i wraca do rdzenia. W zależności od
kąta padania i współczynników załamania materiałów rdzenia i płaszcza, zmienia się ilość odbitego
światła. Powyżej pewnego kąta zachodzi zjawisko całkowitego odbicia wewnętrznego i światło
padające zostaje odbite bez strat.
Apertura numeryczna światłowodu (Numerical Aperture) jest miarą maksymalnego
dopuszczalnego kąta a między wchodzącym promieniem światła, a osią światłowodu. Największy
możliwy kąt a nazywany jest akceptowanym kątem włókna światłowodowego.
Płaszcz
Rys. 3.7 Apertura numeryczna światłowodu [3].
Światłowód wielomodowy z indeksem kroku (Step Index Multimode Fiber).
Światłowód wielomodowy charakteryzuje się tym, że promień światła może być wprowadzony do
niego pod różnymi kątami - modami.
Indeks kroku jest długością światłowodu, jaką przebywa promień bez odbić wewnętrznych.
Najważniejszym problemem w przypadku tego rodzaju światłowodów jest zjawisko dyspersji,
polegające na ąposzerzaniu� się promienia świetlnego wraz z drogą przebytą wewnątrz
światłowodu. Ponieważ dyspersja powiększa się wraz z drogą promienia świetlnego, więc kable
wielomodowe stosowane są maksymalnie na długościach do 5 km.
Występują dwa rodzaje dyspersji:
- Dyspersja modalna ą wynikające z różnic w kątach (modach) wprowadzenia światła do
rdzenia. W zależności od kąta, światło przebywa różną drogę wewnątrz rdzenia, co zmienia czas
przejścia światła przez światłowód i powoduje poszerzenie sygnału.
- Dyspersja chromatyczna ą wynika z tego, że promień świetlny nie jest monochromatyczny
(z
ródłem światła są diody LED), a światło o różnej długości fali przebiega światłowód z różnymi
szybkościami.
Światłowód jednomodowy.
W światłowodzie jednomodowym rdzeń złożony jest z wielu warstw o różnych współczynnikach
załamania. Dodatkową różnicą jest zmniejszenie średnicy rdzenia do 9nm. Dzięki temu w
światłowodzie propagowany jest tylko jeden mod. Nie istnieje zjawisko całkowitego odbicia
wewnętrznego na granicy rdzenia i płaszcza. Dzięki temu zjawisko dyspersji zostało zredukowane
do minimum, co umożliwia wykorzystanie tego medium przy odległościach rzędu 60km.
Zwiększona została również częstotliwość pracy takiego włókna, co poszerza pasmo pracy sieci.
Niestety koszt takiego światłowodu jest znacznie wyższy niż światłowodu wielomodowego, a
dodatkowo instalacja wymaga o wiele większej precyzji przy wprowadzaniu promienia świetlnego
(diody laserowe) do rdzenia. Tego typu światłowody stosowane są w sieciach WAN.
Ł ączniki światłowodowe.
Zasady stosowania kabli światłowodowych zawarte są w normach: ISO/IEC 11801 i EN 50173 oraz
TIA/EIA 568A. Według ISO/IEC 11801 i EN 50173 preferowane są kable wielomodowe
62,5/125nm, a w nowych instalacjach należy stosować złącza duplex-SC. Starsze złącza ST nie
zapewniają tak dobrych parametrów połączenia jak SC (poprawna polaryzacja, stabilność
mechaniczna łącza), jednak w sieciach Ethernet są nadal stosowane.
Rys. 3.8 Złącza światłowodowe ST i SC [3].
Standardy transmisji światłowodowych.
Najważniejszymi dla technologii światłowodowej, z naszego punktu widzenia, są:
10Base-FL ą transmisja 10Mb/s.
100Base-FX ą transmisja 100Mb/s.
1000Base-LX ą transmisja 1000Mb/s, laser długofalowy ą ok. 1300nm
1000Base-SX ą transmisja 1000Mb/s, laser krótkofalowy ą ok. 850nm
Transmisja za pomocą światłowodu wymaga najczęściej, przynajmniej dwóch kabli. Jeden do
transmisji a drugi do odbierania danych. Do standardowej karty sieciowej podłącza się je poprzez
konwerter nośników, do którego z jednej strony dochodzą oba połączenia światłowodu, a do drugiej
gniazdo RJ-45 (dawniej częściej spotykane AUI ą wtedy to urządzenie nazywa się transceiver).
Najczęściej w tej technologii używa się kabla wielomodowego MMF (multi-mode fiber). Możliwa
jest transmisja typu full-duplex, w trybie tym możliwe są połączenia dłuższe niż 2000 m, ponieważ
nie grają w tym momencie roli ograniczenia standardu CSMA/CD związane ze szczeliną czasową.
Przy zastosowanych dobrej jakości światłowodach i transceiverach możliwe jest nawet osiągnięcie 5
km. Standard 10Base-FL jest idealny do połączeń pomiędzy oddalonymi od siebie budynkami danej
firmy. Połączenia takie są zupełnie odporne na zakłócenia elektromagnetyczne.
10Base-FL 100Base-FX 1000Base-LX 1000Base-SX
Szybkość 10 Mb/s 100 Mb/s 1000 Mb/s
transmisji
20Mb/s full- 200 Mb/s full- 2000 Mb/s full-duplex
duplex duplex
Rodzaj kabla MMF 62.5/125; MMF 62.5/125; MMF 62.5/125 MMF 62.5/125;
lub 50/125;
długość światła długość światła długość światła od
850nm. 1300nm. SMF 10um; 770 do 860nm.
długość światła od
1270 do 1355 nm.
Maksymalna 2000 m. H-D: 412 m. H-D H-D
długość segmentu
F-D: 2000 m.
MMF i SMF: 316 62.5/125: 275 m
m 50/125: 316 m
F-D
F-D
62.5/125: 275 m
MMF: 550 m 50/125: 550 m
SMF: 5000 m
Maksymalna ilość 2 2 2 2
transceiverów na
segment
Rodzaj łączy ST podwójny SC, podwójny SC podwójny SC
dopuszczalny
również ST oraz
FDDI MIC
Rodzaj kodowania Manchester 4B/5B 8B/10B 8B/10B
encoding
Tab 3.7 Porównanie parametrów technologii światłowodowych [5i].
Użyte skróty:
MMF (multi-mode optical fibers) ą dwa wielomodowe kable światłowodowe
SMF (two single mode optical fibers) ą dwa jednomodowe kable światłowodowe
62,5/125 - 62.5um rdzeń i 125um płaszcz,
50/125 - 50um rdzeń i 125um płaszcz,
H-D ą half-duplex
F-D ą full-duplex
u - zostało użyte jako zamiennik oznaczenia mikro.
3.10 Protokół ARP ą Protokół Określania Adresów [2] [6i].
ARP (Address Resolution Protokol) jest protokołem umożliwiającym przekształcanie adresów
protokołów sieciowych (w naszym przypadku adresów IP) na 48 bitowe adresy Ethernetowe
(MAC). W momencie gdy protokół warstwy Internetu chce przekazać datagram do warstwy dostępu
do sieci, warstwa ta (a dokładniej warstwa łącza danych modelu ISO/OSI) musi określić adres
docelowy, komputera do którego ma przekazać datagram. Jeśli jeszcze go nie zna, rozsyła zapytanie
rozgłoszeniowe (broadcast - z docelowym adresem MAC równym FFFFFFFFFFFF) do wszystkich
komputerów w danej sieci lokalnej. Następnie odpowiedni komputer ą cel ą (jeśli istnieje w sieci
lokalnej) rozpoznaje zawarty ramce Ethernetowej adres protokołu sieciowego IP, odpowiada i
podaje swój adres MAC. W tym momencie protokół ARP na komputerze z
ródłowym uzupełnia
swoją tablicę danych o adres docelowego komputera. Następnym razem, w przypadku ponowienia
transmisji do tej właśnie stacji, już bezpośrednio zaadresuje datagram i skieruje go do danej karty
sieciowej (pamiętajmy, że adres Ethernetowy jest równocześnie niepowtarzalnym adresem
określonego urządzenia sieciowego - karty sieciowej).
System ten działa inaczej, gdy z
ródło i cel transmisji znajdują się w oddzielnych sieciach LAN
połączonych ruterem. y
ródło rozsyła broadcastowe zapytanie o adres MAC karty sieciowej
komputera mającego odebrać transmisję. Ramki rozgłoszeniowe są odbierane przez wszystkie
urządzenia w sieci LAN, jednak żadne nie odpowiada na zapytanie. y
ródło uznaje, że w sieci
lokalnej nie ma urządzenia o takim adresie MAC i przesyła dane do domyślnej bramki, czyli rutera.
W przypadku tzw. proxy-arp (np.: połaczenie modemowe) ruter, który jest urządzeniem
pośredniczącym dla stacji docelowej (np.: przy połączeniu modemowym stacji docelowej z
ruterem), odbiera to zapytanie. Ruter stwierdza że poszukiwany adres IP pasuje do jednego z
wpisów w jego tablicy rutingu. Odpowiada na zapytanie udając, że dany adres sieciowy jest jego
własnym adresem. Urządzenie nadające przyporządkowuje w swojej tablicy ARP adres sieciowy
celu (np.: adres IP) do adresu MAC rutera i transmituje datagramy do rutera. Ruter przekazuje dalej
pakiety dla systemu docelowego, które przychodzą na jego adres MAC.
Aktualną tablicę ARP najczęściej możemy podejrzeć za pomocą polecenia arp (Linux, Unix,
Windows NT). Przykładową tablicę ARP podaję poniżej.
Address HWtype HWaddress Flags Mask
Iface
212.51.207.221 ether 00:60:83:7C:A2:38 C
eth1
212.51.219.1 ether 00:A0:24:56:13:C9 C
eth0
212.51.219.38 ether 00:A0:24:56:12:82 C
eth0
212.51.219.2 ether 00:A0:C9:83:48:6A C
eth0
212.51.219.4 ether 08:00:20:1F:37:F7 C
eth0
Protokół ARP może być wykorzystywany w celu uniknięcia nadania dwóch takich samych adresów
IP w jednej sieci lokalnej. W momencie inicjacji systemu komputer wysyła ramkę ARP z
zapytaniem o adres IP, który aktualnie został mu przydzielony. Jeśli inny komputer w sieci zgłosi
się, że posiada już taki adres, zablokowana zostaje transmisja IP i w sieci nie pojawia się drugi taki
sam adres IP.
3.11 Urządzenia sieciowe działające w warstwie dostępu do
sieci.
Ponieważ na polu sprzętu stosowanego do konstrukcji sieci komputerowych panuje ogromna
różnorodność, ograniczę się do opisania ogólnego podziału tych urządzeń na przykładzie
zastosowanych w naszej sieci LAN.
Karta sieciowa.
Czasem określana jest mianem NIC (Network Interface Card). Jest to urządzenie łączące komputer
z siecią komputerową zawierające dwa interfejsy - jeden, do połączenia z siecią:
- skrętka (skrótowo oznaczany: UTP)
- kabel koncentryczny(skrótowo oznaczany: BNC)
i drugi interfejs, do połączenia z komputerem:
- ISA (EISA)
- PCI
- PCIM/CIA
- USB
Obecnie produkowane karty sieciowe mają wbudowany własny procesor, co umożliwia
przetwarzanie niektórych danych bez angażowania głównego procesora oraz własną pamięć RAM,
która pełni rolę bufora w przypadku, gdy karta nie jest w stanie przetworzyć napływających z dużą
szybkością danych. Niektóre współcześnie produkowane karty posiadają także możliwość
podłączenia programowalnej pamięci Remote Boot PROM, pozwalającej na załadowanie systemu
operacyjnego z sieciowego serwera. Karta oznaczona przydomkiem Combo posiada oba interfejsy
wyjściowe: UTP i BNC (nigdy nie mogą one działać równocześnie). Rozróżnia się również karty 10
i 100Mb; te drugie są to z oczywistych względów karty UTP.
Rys. 3.8 Karty sieciowe.
Pojęcia związane z działaniem kart sieciowych.
Bezpośredni dostęp do pamięci (DMA) - dane przesyłane są do pamięci za pomocą kontrolera
DMA (zainstalowanego na płycie głównej komputera) i nie obciążają procesora.
Bus mastering, ulepszona forma DMA; karta przejmuje kontrolę nad szyną danych komputera i
wpisuje dane bezpośrednio do pamięci (karta wykorzystuje w tym momencie własny kontroler
DMA) nie obciążając przy tym procesora. Jest to obecnie najszybsze rozwiązanie.
Współdzielona pamięć karty - dane umieszczane są w pamięci karty, którą to pamięć procesor
uznaje za część pamięci operacyjnej systemu.
Współdzielona pamięć komputera - dane umieszczane są w wydzielonej części pamięci
operacyjnej komputera, którą także wykorzystuje procesor karty sieciowej.
Modem.
Jest to urządzenie służące do połączenia komputerów najczęściej poprzez sieć telefoniczną.
Modemy dzielimy na zewnętrzne (podłączane do portu szeregowego RS-232) i wewnętrzne
(podłączane do złącz komputera m.in.: ISA, PCI, PCMCIA).
Transceiver
Urządzenie nadawczo-odbiorcze ą urządzenie to łączy port sieciowy AUI z wykorzystywanym
przez nas typem okablowania. Transceiver znajduje się np.: wewnątrz karty sieciowej.
Realizuje następujące funkcje:
- przesyła i odbiera dane,
- wykrywa jednoczesne pojawienie się pakietów danych sygnalizując to jako kolizję,
- nie dopuszcza do przesyłania zbyt długich pakietów danych > 20 us (Jabber Function),
- wykrywa przerwę w linii światłowodowej,
- wykonuje test SQE (Signal Quality Error) "Heartbeat".
Rys. 3.9 Transceiver AUI-światłowód
Konwerter nośników
Urządzenie umożliwiające łączenie różnych mediów transmisyjnych ze sobą, przykładowo
światłowód i skrętka.
Wzmacniak (repeater).
Wzmacniak jest to urządzenie aktywne do wzmacniania sygnałów w sieci. Nie wprowadza żadnych
zmian w przesyłane sygnały, poza wzmocnieniu sygnału dochodzącego do jego wejścia ą wraz z
szumami tła. Działa na poziomie warstwy fizycznej, a co za tym idzie jego możliwości są
niewielkie: nie izoluje segmentów, uszkodzeń ani pakietów, łączy ze sobą sieci o takiej samej
architekturze, używające tych samych protokołów i technik transmisji. Może łączyć segmenty sieci
o różnych mediach transmisyjnych.
Koncentrator (hub).
Jest urządzeniem posiadającym wiele portów do przyłączania stacji roboczych przede
wszystkim w topologii gwiazdy. Można je traktować jak wieloportowe wzmacniaki, z tym że
nowoczesne koncentratory posiadają obwody regenerujące przesyłane ramki Ethernetowe.
Zaletą takiego rozwiązania jest, to że przerwanie komunikacji pomiędzy hubem a jedną ze stacji
roboczych nie powoduje zatrzymania ruchu w całej sieci (każda stacja ma oddzielne połączenie z
koncentratorem), należy jednak pamiętać, że awaria koncentratora unieruchomi komunikacje ze
wszystkimi podłączonymi do niego urządzeniami. Huby wymagają zasilania i wzmacniają sygnały
ze stacji roboczych, co pozwala na wydłużenie połączenia. 7
Rys. 3.10 3Com SuperStack II Hub
Przykładowo hub przedstawiony na powyższym rysunku ponad zwykłe wzmacnianie sygnału na
każdym łączu dodatkowo:
- propaguje kolizje do wszystkich segmentów
- regeneruje kształt sygnału (stosunki amplitud i czasy, symetrię, długość preambuły) przed
retransmitowaniem go dalej,
- sprawdza ramki w poszukiwaniu wadliwych, które po wystąpieniu w zbyt dużej ilości są
blokowane i nie rozprzestrzeniają się po sieci,
- zabezpiecza sieć przed zbyt długimi transmisjami generowanymi przez uszkodzone stacje,
- zapobiega rozprzestrzenianiu się transmisji pochodzących od uszkodzonych segmentów,
- synchronizuje sygnał,
- wydłuża fragmenety.
Sygnały wysyłane koncentrator synchronizuje przy użyciu wewnętrznej podstawy czasu (zegar -
generator). Zapobiega to przed kumulowaniem się zniekształcenia opóz
nieniowego sygnału.
Po wykryciu kolizji wysyła 32 bity sygnału zajętości sieci (010101...), jeśli to konieczne wydłuża
transmisję zapewnia wysłanie sygnału o minimalnej długości 96 bitów (slot-time), co gwarantuje
propagację kolizji na całą sieć. W przypadku napotkania zbyt krótkich ramek (runt frame) tzw.
fragmentów, wydłuża je do długości 96 bitów.
Po więcej niż 30 nieudanych transmisjach na dany port, działa mechanizm oddzielania segmentu i
blokuje transmisje z danego portu. Jeśli próba transmisji na odcięty port się powiedzie (próby są
ponawiane co pewien czas) port jest odblokowywany. Ten mechanizm zabezpiecza również przed
zbyt długimi transmisjami.
Każda ramka wychodząca z koncentratora 10Base zawsze ma kompletną preambułę, która jest
regenerowana wewnątrz urządzenia. Preambuła Fast i Gigabit Ethernecie została zachowana w
celach zgodności standardów w dół, jednak ze względu na używanie bardziej złożonych
mechanizmów kodowania nie jest potrzebna.
Koncentratory 100Mbps
Należy pamiętać, że koncentratory 100Mbps nie wykonują odtwarzania preambuły i wydłużania
fragmentów. Koncentratory 100Mbps istnieją w dwóch rodzajach: klasy I i klasy II, oznaczanych
cyfrą rzymską umieszczoną w kółku. Tylko jeden koncentrator klasy I może się znajdować
pomiędzy dwioma komputerami, jednak może on mieć porty w różnych standardach medium
transmisyjnego (skrętka, światłowód). Koncentrator klasy II musi mieć porty tego samego
standardu, ale mogą się znajdować dwa pomiędzy łączonymi komputerami.
Mechanizm oddzielania segmentu działa po więcej niż 60 nieudanych transmisjach na dany port.
Do łączenia koncentratora z komputerem najczęściej wykorzystywane są przewody 10Base-T,
jednak koncentratory potrafią dokonywać konwersji sygnału pochodzącego z różnych mediów
transmisyjnych (np. kabla koncentrycznego). Koncentrator posiada najcześciej port uplink
umożliwiający podłączenie do niego drugiego koncentratora. Wewnątrz taki port zapewnia
połączenie krzyżowe, co umożliwia nam wykorzystanie kabla o zgodnym połączeniu przewodów.
Istnieją również huby umożliwiające podłączenie urzadzeń o różnych szybkościach transmisji
10Mb/s i 100Mb/s. Jednak ich konstrukcja jest odmienna od standardowego koncentratora, w celu
połączenia urządzeń pracujących z różnymi szybkościami posiadają wewnątrz układy zapewniające
buforowanie przepływającej informacji. Dzięki mechanizmowi autonegocjacji urządzenie
rozpoznaje szybkość transmisji w podłączonym do niego medium.
Most (bridge).
Most jest urządzeniem najczęściej o dwóch portach mającym za zadanie łączenie ze sobą
segmentów sieci. Ponieważ dzieli sieć lokalną na segmenty, umożliwia to zwiększenie rozpiętości
tejże sieci. Działa w warstwie fizycznej i warstwie łącza danych modelu ISO/OSI. Most operuje
tylko na adresach sprzętowych, decydując do którego segmentu sieci należy przesłać nadchodzący
pakiet. Nie jest jednak w stanie zatrzymywać pakietów uszkodzonych ani zapobiegać zatorom w
przypadku transmisji broadcastowej z kilku stacji równocześnie. Mosty są urządzeniami prostymi
w instalacji i nie wymagającymi konfigurowania. Należy pamiętać, że ponieważ most musi
reagować na adresy MAC pakietów, to wprowadza opóz
nienie w transmisji. W przypadku, gdy dana
grupa komputerów (niewielka) korzysta z jednego serwera, nie należy danego serwera umieszczać
za mostem.
Przełącznik (switch).
Czasem używa się zamiennie nazwy przełącznik i most. Podobnie jak huby, przełączniki stosowane
są przede wszystkim w topologii gwiazdy, w sieciach opartych na skrętce. Zwykle posiadają
kilkanaście portów, które mogą być wykorzystywane do podłączenia stacji roboczych, innych
przełączników lub koncentratorów. Pracują w drugiej warstwie modelu ISO/OSI. Przełącznik
podłączony do sieci nasłuchuje na swoich portach adresów MAC podłączonych tam komputerów.
Tworzy sobie tablicę przyporządkowującą do danego adresu, numer portu, do którego podłączony
jest dany komputer. Teraz, w przypadku pojawienia się transmisji do danego komputera, cały ruch
kierowany jest do odpowiedniego portu i nie przedostaje się na pozostałe porty przełącznika. Dzięki
temu, przełączniki dzielą sieć lokalną na domeny kolizji, jednak nie rozdzielają domeny
rozgłoszeniowej (broadcastowej). Jeśli odbierze ramkę do stacji której nie ma jeszcze w swojej
tablicy adresów MAC, rozsyła ją na wszystkie porty z wyjątkiem tego na którym ją odebrał, proces
ten nazywamy floodowaniem.
Nadal jednak należy pamiętać ą podobnie jak przy mostach - o opóz
nieniu wprowadzanym przez
przełącznik.
Standard tych urządzeń został opisany w normie IEEE 802.1D. Błędy sygnału wynikające z
uszkodzenia segmentu lub stacji nie propagują się pomiędzy oddzielnymi domenami kolizji
(portami). Sygnał nadawany na każdy z portów jest całkowicie zregenerowany.
Rys. 3.11 3Com OfficeConnect Switch 280
Inteligentne switche posiadają tryby przełączania: fast forward oraz store and forward. W
pierwszym trybie odebrane ramki są wysyłane natychmiast po odczytaniu adresu docelowego na
odpowiedni port, niezależnie od tego, czy w trakcie transmisji ramki pojawi się błąd lub kolizja,
natomiast drugi tryb wczytuje ramkę do bufora i sprawdza eliminując błędne oraz te, które biorą
udział w kolizji, a nastęonie dopiero transmituje na port docelowy. Drugi tryb powoduje jednak
duże opóz
nienia w transmisji. Switche potrafią jednak dokonywać inteligentnego przełączania
polegającego na tym, że standardowym trybem pracy jest fast forward, natomiast gdy liczba błędów
zaczyna przekraczać kilkanaście na sekundę automatycznie przełączają się na tryb store and
forward. Gdy liczba błędów spada poniżej tego poziomu przełącznik automatycznie wraca do
poprzedniego trybu pracy. W przypadku łączenia mediów o różnych szybkościach transmisji,
przełącznik zawsze pracuje w trybie store and forward, ponieważ musi zapamiętac całą ramkę, aby
móc ją nadać z większą szybkością.
Ponadto przełączniki umożliwiają transmisje full-duplex pomiędzy dowolnymi swoimi portami (nie
ma takiej możliwości dla koncentratorów).
Standard IEEE 802.1D zaleca aby pomiędzy dwiema dowolnymi stacjami w sieci nie było więcej
niż siedem przełączników. Aktualnie ze względu na wzrost szybkości pracy przełączników i
większą odporność aplikacji protokołów warstw wyższych możemy zwiększyć tą liczbę, jednak
pewność co do poprawnego działania sieci mamy tylko jeśli stosujemy się do zaleceń normy.