Katedra Informatyki Stosowanej

Politechnika Łódzka

Al. Politechniki 11, 90-925 Łódź

Tel. [phone]

Sieci komputerowe I

Wykład 7: Ethernet.

Opracowanie:

mgr inż. Łukasz Sturgulewski ([e-mail])

Krótka historia.

Standard Ethernet został opracowany w 1970 roku przez firmę Xerox Corporation.

Organizacja IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) wprowadziła specyfikację IEEE 802.3 w 1980 (podstawą opracowania był standard Ethernet).

Ostatecznie firmy Xerox Corporation, Intel Corporation oraz Digital Equipment Corporation wprowadziły specyfikację Ethernet 2.0 zgodną z IEEE 802.3.

Standard Ethernet i IEEE 802.3 a warstwy modelu OSI.

Warstwa łącza danych składa się z dwóch podwarstw:

LLC - Logical Link Control - Komunikuje się w wyższymi warstwami modelu.

MAC - Media Access Control - Określa zasady dostępu do dzielonego łącza.

Najważniejsze technologie stosowane w Ethernecie.

Najbardziej popularne obecnie rozwiązanie oparte jest na skrętce. W tym systemie (10Base-T) każdy komputer przyłączony jest do huba za pomocą skrętki i złącza RJ45. Maksymalna odległość pomiędzy komputerem a koncentratorem wynosi 100m.

Główne cechy.

Najistotniejsze cechy technologii Ethernet:

• Wspólna magistrala: Wszystkie komputery wykorzystują ten sam kanał komunikacyjny;

• Rozsyłanie: Wszystkie pakiety są przesyłane do interfejsu komputera, który odfiltrowywuje te, które zostały przeznaczone dla danej jednostki;

• Rozproszona kontrola dostępu do medium: Brak ośrodka centralnego zajmującego się przydzielaniem dostępu do medium.

W Ethernecie stosowany jest sposób kontroli dostępu do medium nazwany CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access / Collision Detection). Poniżej omówię pokrótce ten mechanizm.

Stacje wchodzące w skład sieci Ethernet prowadzą ciągły nasłuch łącza. Są trzy możliwe stany łącza:

• Zajęte: Trwa nadawanie lub wystąpiła kolizja;

• Wolne;

• Strefa buforowa: Określony czas po ustaniu zajętości.

Nadawanie ramki może nastąpić tylko wtedy, gdy łącze jest wolne (poza strefą buforową). Pomimo prawidłowego przebiegu procesu, czas nadawania jest ograniczony. Takie działanie ma na celu umożliwienie przesyłania danych przez inne jednostki.

Jeśli próba nadawania zakończyła się fiaskiem następuje ponowienie transmisji po upływie czasu:

t_i = r_i • S

S - szczelina czasowa (time slot): Jednostka czasu w sieci. Jest równa minimalnej długości ramki bez preambuły, co stanowi gwarancje wykrycia kolizji przez nadajnik przed zakończeniem nadawania.

S = 2 x (max. czas propagacji + czas wymuszenia kolizji + czas wykrycia kolizji)

r_i = random [ 0, 2k-1 ], k = min{ i, 10 }

Maksymalna liczba prób nadawania wynosi 15. Po przekroczeniu tej liczby następuje sygnalizacja błędu do warstwy wyższej.

Parametry techniczne.

Parametry techniczne technologii Ethernet:

- szybkość transmisji: 10Mbps

- szerokość szczeliny czasowej: 51,2 μs

- czas wymuszenia kolizji 3,2 μs

- minimalna długość ramki: 64 bajty

- maksymalna długość ramki: 1518 bajtów

Przepustowość.

Standard Ethernet określa przepustowość tej sieci na 10Mbit. Nie jest to jednak szybkość, z jaką mogą być przesyłane dane między jednostkami. Wynika to z budowy sieci oraz ramki Ethernetowej. Powyższe 10Mbit to po prostu miara maksymalnego możliwego ruchu w sieci.

Adresy identyfikacyjne.

W Ethernecie wykorzystywane są 48-bitowe adresy MAC, przypisywane na stałe do każdego egzemplarza karty sieciowej przez jej producenta. Pierwsze 24-bity identyfikują producenta karty zaś 24-bity ostatnie konkretny egzemplarz urządzenia. Dzięki temu unikamy sytuacji, w której jeden adres zostałby przypisany dwóm różnym egzemplarzom karty. Adresy te nazywamy sprzętowymi lub fizycznymi gdyż są związane ściśle ze sprzętem. Wynika stąd prosty wniosek, że w przypadku wymiany karty w danej jednostce zmieniamy także jej adres fizyczny.

Ramka Ethernetowa.

Ramka Ethernetowa zbudowana jest z trzech głównych członów:

• Nagłówka;

• Danych;

• Sumy kontrolnej.

Preambuła (nagłówek): 64 bity zer i jedynek ustawionych na przemian, co ułatwia synchronizację nadawcy i odbiorcy.

Adres odbiorcy (nagłówek): Ethernetowy adres odbiorcy ramki.

Adres nadawcy (nagłówek): Ethernetowy adres nadawcy ramki.

Typ ramki (nagłowek): Określa typ danych znajdujący się w ramce.

Dane ramki (dane): Właściwe informacje przenoszone przez ramkę Ethernetową.

CRC (suma kontrolna): Ułatwia wykrywanie błędów w czasie transmisji.

Podsumowanie.

Wady:

• Wysoki koszt mechanizmów wykrywania kolizji i samotestowania;

• Mała efektywność przy dużym obciążeniu ruchem (częste kolizje);

• Wynikająca z poprzedniego punktu mała przydatność w transmisji w czasie rzeczywistym (telekonferencje);

• Brak możliwości ustalenia priorytetów;

Zalety:

• Wszystkie stacje w sieci mają te same prawa;

• Brak ramek organizacyjnych i konieczności ich wymiany pomiędzy jednostkami;

• Bezkarna możliwość włączania i wyłączania stacji roboczych;

• Bardzo dobra wydajność i stabilna praca przy małym obciążeniu.

Ethernet

- 5 -

Warstwa fizyczna (1)

Warstwa łącza danych

(2)

Podwarstwa LLC

Podwarstwa MAC

Ethernet

IEEE 802.2

IEEE 802.3

---