ethernetb


Ethernet

Ethernet, jako system budowy sieci, opracowany zosta przez firm Xerox, ale do poziomu powszechnie uznanego standardu podniosa go w latach osiemdziesitych wspópraca tej kompanii z firmami DEC i Intel. Standard sta si znany jako DIX Ethernet - od pierwszych liter nazw wdraajcych go firm. Standard IEEE 802.3 okrela podobny typ sieci, ale odróniajcy si formatem ramki. (Ramka - "frame" oznacza struktur i technik kodowania strumienia bitów przepywajcego przez cze). Poniej omawiany jest wanie standard IEEE 802.3, gdy zosta on przyjty przez midzynarodow organizacj standaryzacyjn ISO.

Ethernet posiada przepustowo 10 Mbit/sek i wykorzystuje metod dostpu CSMA/CD - dziki której stacje robocze wspólnie korzystaj z kabla sieciowego, (przy czym w danym momencie moe korzysta z niego tylko jedna stacja robocza). O udostpnianiu decyduje technika CSMAlCD - Carrier Sense Multiple Access with Collision.

Komitet IEEE 802.3 odpowiada za zdefiniowanie warstwy fizycznej w modelu OSI. Warstwa ta skada si z dwóch pod-warstw: kontroli dostpu do medium (Media Access Control - MAC) oraz cza danych (Data Link). Sieci CSMA/CD, Token Ring i Token Bus mog zosta "wetknite" do warstwy MAC, a warstwa Data-Link sury jako most (bridge), pozwalajcy w razie potrzeby na wymian pakietów pomidzy sieciami. Odmiany standardu IEEE 802.3 cechuj si prdkoci transmisji 10 Mbit/sek. Wyjtek stanowi lBase - 5 (szybko 1 Mbit/sek), który posiada jednak dugie segmenty skrtki. Do pojedynczej, rozszerzonej sieci lokalnej (LAN) mona przyczy do 8000 stacji roboczych. Poniej wymienia si wszystkie topologie sieci, ale szczegóowo omówione s jedynie najpopularniejsze: lOBase-5, lOBase-2

i 10Base-T.

Za wyjtkiem nowego 100VG-AnyLAN, wszystkie standardy sieci Ethernet 802.3 wykorzystuj topologi magistrali z CSMA/CD, jako metod dostpu. W przypadkach, kiedy wykorzystywany jest przewód koncentryczny, stacje robocze czy si w szereg (daisy-chain) - segmenty przewodu pomidzy poszczególnymi stacjami przyczone s tak, jak to pokazano na rysunku 1, po lewej stronie.

Rys. 1. Sie Ethernet w konfiguracji z przewodem koncentrycznym i skrtk.

Wszystkie segmenty skadaj si na jednostk zwan magistrala (trunk). Wersja Ethernet-u z wykorzystaniem skrtki (10Base-T) skonfigurowana. jest w topologii gwiazdy, gdzie do kadej stacji biegnie oddzielny przewód od centralnego huba.

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD)

Karty sieciowe Ethernet-u transmituj pakiety we wspólnej sieci wtedy, gdy maj wyczony dostp do kabla. Wykrywanie kolizji (collision detection) polega na eliminowaniu prób jednoczesnego dostpu do kabla. Kiedy jest on wolny, moe si zdarzy, e jednoczenie podejm prób transmisji dwie stacje, co moe spowodowa zniszczenie danych - dochodzi do kolizji. Mechanizmy protokou CSMA/CD pozwalaj wykry taki stan i powoduj zaniechanie transmisji z obu stacji, przez pewien losowo generowany odcinek czasu i podjcie jej powtórnie.

Metoda. CSMA/CD jest efektywna przy maym ruchu w sieci. Przy wikszym jego nateniu wzrasta liczba kolizji. Przerywanie transmisji i ponawianie ich póniej, kiedy sie równie jest obciona, jedynie pogarsza sytuacj i doprowadza do obnienia wydajnoci i zauwaalnego dla uytkowników zwolnienia pracy sieci. Jednym z rozwiza jest ograniczenie liczby stacji roboczych w segmencie sieci LAN. W przypadku mikrosegmentacji, wymagajcej hubów przeczajcych, jeden segment obciony jest zaledwie jedn stacj robocz, co cakowicie eliminuje problem rywalizacji o dostp.

Kolizje s zasadniczym powodem limitowania dugoci magistrali (trunk) Ethernet ­do maksimum 2500 m. Przy wikszych dugociach pojawia si opónienie propagacji sygnau, w efekcie czego przestaje prawidowo dziaa mechanizm wykrywania kolizji. Stacja rozpoczynajca transmisj na. jednym z koców zbyt dugiego kabla, moe nie "zauway", e w tym samym momencie, na drugim kocu, zacza si transmisja z innej. Bd, polegajcy na niewykryciu kolizji, powoduje zniszczenie danych i moe zablokowa segment sieci.

Segmentacja

Segmentacja polega na podziale segmentu sieci Ethernet na. dwie lub wicej czci, co zmniejsza liczb stacji roboczych przypadajcych na jeden segment i poprawia wydajno. Do czenia poszczególnych segmentów su mosty i routery. One te zarzdzaj ruchem pomidzy fragmentami sieci. Znaczenie segmentacji wzrasta, kiedy do sieci wcza si nowy uytkownik, szczególnie jeeli wymaga szerokiego pasma. Priorytetowo musi by traktowana np. transmisja video w czasie rzeczywistym, ograniczajca dostpno sieci dla innych uytkowników. Moliwa jest organizacja, przy której uytkownicy video wspókorzystaj z wasnych segmentów.

NetWare, Windows for Workgroups, Windows NT i inne sieciowe systemy operacyjne maj wbudowane mechanizmy routingu. Kada karta sieciowa umieszczona w serwerze organizuje oddzielny segment sieci lokalnej (LAN). Ruchem pomidzy segmentami zarzdza system operacyjny. Na rysunku 2 zaprezentowano serwer z dwiema kartami interfejsu sieciowego, obsugujcymi topologi gwiazdy i magistrali. Wybór konkretnej topologii uwarunkowany jest ukadem pomieszczenia i rodzajem wykorzystywanego przewodu.

Rys. 2. Serwer pracujcy jako most - router.

Istotn czci segmentacji jest filtrowanie. Po podziale sieci, w celu zmniejszenia ruchu i poprawienia osigów dokonuje si tzw. filtracji pakietów, polegajcej na wpuszczaniu ich tylko do tej czci sieci, dokd s przesyane. Wad tego rozwizania - w stosunku do techniki most/router - jest wprowadzenie pewnego opónienia transferu pakietów pomidzy sieciami. Problem ten mog rozwiza huby przeczajce.

Huby przeczajce w sieci Ethernet

Huby przeczajce rozwijaj koncepcj segmentacji, umoliwiajc tzw. mikrosegmentacj. Nawet pojedyncza, stacja robocza moe mie samodzielny, bezporedni dostp do serwery lub innego urzdzenia, co ogranicza rywalizacj o dostp do sieci i zapewnia pen prdko transmisji - 10 Mbit/sek. Huby przeczajce pozwalaj wykorzysta wysok przepustowo sieci, roboczym stacjom multimedialnym i inynierskim.

Rys. 3. Przecznik macierzowy pozwalajcy na ustanowienia bezporedniego poczenia port - port.

Huby przeczajce s, jak to pokazano na rysunku 3, urzdzeniami zapewniajcymi przeczanie macierzowe, z krótkim czasem oczekiwania. Wiele z nich posiada. ponadto specjalne, szybkie poczenia z serwerami jak FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - interfejs wiatowodowy - 100 Mbit/sek. Jest to potrzebne, gdy standardowa przepustowo Ethernet-u (10 Mbit/sek) jest nieporównywalnie maa w odniesieniu do moliwoci serwera. Przyczanie wieloprocesorowego superserwera o zdolnoci obliczeniowej rzdu milionów operacji na sekund (MIPS-ów) do powolnej sieci byoby marnotrawstwem. Pokazany na rysunku hub przeczajcy obsuguje 10 portów o wydajnoci 10 Mbit/sek, tak wic port FDDI z przepustowoci 100 Mbit/sek umoliwia jednoczesn transmisj pomidzy 10 stacjami roboczymi.

Ethernet z prdkoci 100 Mbit/sek

Wraz z rozwojem multimediów, video o podwyszonej rozdzielczoci, systemów czasu rzeczywistego i wykorzystujcej wszystkie techniki poczty elektronicznej ­ronie zapotrzebowanie na pasmo przenoszenia dostpne w komputerach desktop. Wysokie wymagania ze wzgldu na pasmo przenoszenia okrela komputerowo wspomagane projektowanie (CAD) i wytwarzanie (CAM) oraz nowe aplikacje obsugujce dokumenty i obrazy. Istniej dwa standardy Ethernet zapewniajce transmisj z prdkoci 100 Mbit/sek:

Istotnym aspektem zapewnienia poczenia Ethernet-owego o przepustowoci 100 Mbit/sek jest waciwy dobór kabla. Przewody telefoniczne (voice-grade cable) nie nadaj si dla Fart Ethernet--u, a 100VG-AnyLAN wymaga kabli kategorii 3 (i wykorzystuje wszystkie cztery pary). Warto zauway, e prdko 100 Mbit/sek bya osigalna w sieciach lokalnych typu wiatowodowego FDDI - Fiber Distributed Data Interface oraz z przewodami miedzianymi CDDI - Copper Distributed Digital Interface. Nie wykorzystywano ich jednak w sieciach lokalnych (LAN) - z uwagi na wysoki koszt i brak umiejtnoci implementacji. Lepsz perspektyw podnoszenia przepustowoci sieci gwarantuj wiatowody.


Formaty ramek

Pojcie ramki w sieci Ethernet oznacza struktur przesyanego w sieci pakietu danych. Okrelona jest w niej pozycja nagówka, bitów danych oraz wypenienia (payload) pakietu. Rozeznanie w typach ramek jest wane przy podczaniu analizatora protokoów i monitorowaniu ruchu w sieci.

Rozwizywanie problemów pojawiajcych si w sieci wymaga na ogó sprawdzenia zawartoci pakietów i zebrania informacji statystycznych na ten temat.

W Sieci Ethernet funkcjonuj cztery typy ramek:

Rys. 4. Typy ramek w Ethernet.

Na rysunku 4 pokazana jest struktura oryginalnej ramki Ethernet II (na górze) oraz Ethernet_802.3 (na dole). Najwaniejsze elementy opisane s poniej.


Ethernet 10 Base-2 (Thinnet)

"Cienki Ethernet”

Koncentryczny, cienki kabel Ethernet jest atwiejszy .w obsudze od grubego przewodu Ethernet i nie wymaga transceiver-a (przycza) przy stacji roboczej. Jest równie taszy, ale zastosowanie go zmniejsza maksymaln dugo magistrali (trunk). Na rysunku 5 pokazano sie thin Ethernet, a na rysunku 6 ­elementy systemu okablowania.

Rys. 5. Instalacja Ethernet 10Base - T z przewodem koncentrycznym.

Rys. 6. Elementy okablowania Ethernet 10Base - 2.

KARTA INTERFEJSU SIECIOWEGO Wikszo kart Ethernet dostosowana jest albo do okablowania grubego, albo cienkiego. Karta powinna mie zcze BNC, ale moe posiada równie zcze do grubego Ethernet-u. Kabel magistrali czony jest do rozganika (typu T), a ten - do mskiego zcza BNC z tyu karty sieciowej. Jeeli karta zainstalowana jest na stacji bez twardego dysku, konieczne jest zdalne adowanie systemu operacyjnego za pomoc PROM (Programmable Read Only Memory).

REPEATER Repeater jest urzdzeniem stosowanym opcjonalnie, przeznaczonym do czenia dwóch odcinków magistrali (trunk) Ethernet-u i wzmacniania sygnaów przepywajcych pomidzy nimi. Informacja transmitowana w sieci lokalnej moe przej przez nie wicej ni dwa repeater-y, zanim osignie miejsce przeznaczenia albo most (bridge).

CIENKI PRZEWÓD ETHERNET (THIN ETHERNET CABLE) Jako cienki przewód Ethernet uywany jest przewód koncentryczny o rednicy 5 mm typu RG­58 A/U lub RG-58 C/U. Przewód tego typu oferowany jest przez wielu dostawców, w odcinkach o standardowej dugoci, wraz ze zczami. Istnieje równie moliwo zakupu przewodu w zwojach, ale konieczne jest wtedy samodzielne przycinanie i monta zczy BNC na kocach. Przewody wykonywane s jako: niepalny - ­osonity (plenum cable), nieosonity-wntrzowy (nonplenum interior), podziemny i napowietrzny (underground-rated, aerial-rated).

ZCZA BNC Zcza. BNC musz zosta zamontowane na kocach wszystkich odcinków przewodów. Zestaw zcza. BNC obejmuje: kolek centralny, obudow i tulejk zatrzaskow. Dla zamocowania zcza niezbdne s narzdzia do zdejmowania izolacji z przewodu koncentrycznego oraz do zaciskania. Mona je kupi w sklepach z akcesoriami monterskimi.

ZCZE BNC-T (ROZGANIK) Rozganik mocowany jest do zcza BNC z tyu karty sieciowej Ethernet. Umoliwia przyczenie przewodu wchodzcego i wychodzcego. Rozganik konieczny jest w kadej stacji roboczej - równie ostatniej w magistrali, gdzie do wolnego zcza doczany jest terminator BNC.

TULEJOWE ZCZA BNC (BARREL) Zcza tego typu su do czenia dwóch odcinków przewodu.

TERMINATOR BNC Kady segment okablowania musi na obu kocach posiada 50-omowe terminatory BNC. Jeden uziemiony, drugi nie.

Tworzc okablowanie Ethernet przewodem koncentrycznym RG-58 A/U lub RG-58 C/U, naley przestrzega nastpujcych regu: