Ethernet

Ethernet, jako system budowy sieci, opracowany został przez firmę Xerox, ale do poziomu powszechnie uznanego standardu podniosła go w latach osiemdziesiątych współpraca tej kompanii z firmami DEC i Intel. Standard stał się znany jako DIX Ethernet - od pierwszych liter nazw wdrażających go firm. Standard IEEE 802.3 określa podobny typ sieci, ale odróżniający się formatem ramki. (Ramka - "frame" oznacza strukturę i technikę kodowania strumienia bitów przepływającego przez łącze). Poniżej omawiany jest właśnie standard IEEE 802.3, gdyż został on przyjęty przez międzynarodową organizację standaryzacyjną ISO.

Ethernet posiada przepustowość 10 Mbit/sek i wykorzystuje metodę dostępu CSMA/CD - dzięki której stacje robocze wspólnie korzystają z kabla sieciowego, (przy czym w danym momencie może korzystać z niego tylko jedna stacja robocza). O udostępnianiu decyduje technika CSMAlCD - Carrier Sense Multiple Access with Collision.

Komitet IEEE 802.3 odpowiada za zdefiniowanie warstwy fizycznej w modelu OSI. Warstwa ta składa się z dwóch pod-warstw: kontroli dostępu do medium (Media Access Control - MAC) oraz łącza danych (Data Link). Sieci CSMA/CD, Token Ring i Token Bus mogą zostać "wetknięte" do warstwy MAC, a warstwa Data-Link słury jako most (bridge), pozwalający w razie potrzeby na wymianę pakietów pomiędzy sieciami. Odmiany standardu IEEE 802.3 cechują się prędkością transmisji 10 Mbit/sek. Wyjątek stanowi lBase - 5 (szybkość 1 Mbit/sek), który posiada jednak długie segmenty skrętki. Do pojedynczej, rozszerzonej sieci lokalnej (LAN) można przyłączyć do 8000 stacji roboczych. Poniżej wymienia się wszystkie topologie sieci, ale szczegółowo omówione są jedynie najpopularniejsze: lOBase-5, lOBase-2

i 10Base-T.

• lOBase-5 Przewód koncentryczny o maksymalnej długości segmentu 500 m; wykorzystuje metodę transmisji w paśmie podstawowym.

• lOBase-2 Przewód koncentryczny (RG-58A/U) o maksymalnej długości segmentu 185 m; wykorzystuje metodę transmisji w paśmie podstawowym.

• lOBase-T Skrętka o maksymalnej długości segmentu 100 m.

• IOBroad - 36 Przewód koncentryczny (RG-59/A/U/CATV) o maksymalnej długości segmentu 3600 m; wykorzystuje metodę transmisji w paśmie rozszerzonym.

• IOBase-F Obsługuje sieć szkieletową ze światłowodów, o długości do 4 km i prędkości transmisji 10 Mbit/sek. EIA/TIA zaaprobowało tego typu przewód do połączeń pomiędzy budynkami kampusowymi w standardzie okablowania komercyjnego.

• 100Base X Nowy standard Ethernet, zapewniający przepustowość 100 Mbit/sek i wykorzystujący istniejącą metodę dostępu CSMA/CD w hierarchicznej konfiguracji okablowania, z wykorzystaniem skrętki.

• 100VG AnyLAN Nowy standard Ethernet, zapewniający przepustowość 100 Mbit/sek i wykorzystujący nową metodę dostępu z priorytetem na żądanie (demand priority access), w hierarchicznej konfiguracji z wykorzystaniem skrętki.

Za wyjątkiem nowego 100VG-AnyLAN, wszystkie standardy sieci Ethernet 802.3 wykorzystują topologię magistrali z CSMA/CD, jako metodą dostępu. W przypadkach, kiedy wykorzystywany jest przewód koncentryczny, stacje robocze łączy się w szereg (daisy-chain) - segmenty przewodu pomiędzy poszczególnymi stacjami przyłączone są tak, jak to pokazano na rysunku 1, po lewej stronie.

Rys. 1. Sieć Ethernet w konfiguracji z przewodem koncentrycznym i skrętką.

Wszystkie segmenty składają się na jednostkę zwaną magistrala (trunk). Wersja Ethernet-u z wykorzystaniem skrętki (10Base-T) skonfigurowana. jest w topologii gwiazdy, gdzie do każdej stacji biegnie oddzielny przewód od centralnego huba.

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

Karty sieciowe Ethernet-u transmitują pakiety we wspólnej sieci wtedy, gdy mają wyłączony dostęp do kabla. Wykrywanie kolizji (collision detection) polega na eliminowaniu prób jednoczesnego dostępu do kabla. Kiedy jest on wolny, może się zdarzyć, że jednocześnie podejmą próbę transmisji dwie stacje, co może spowodować zniszczenie danych - dochodzi do kolizji. Mechanizmy protokołu CSMA/CD pozwalają wykryć taki stan i powodują zaniechanie transmisji z obu stacji, przez pewien losowo generowany odcinek czasu i podjęcie jej powtórnie.

Metoda. CSMA/CD jest efektywna przy małym ruchu w sieci. Przy większym jego natężeniu wzrasta liczba kolizji. Przerywanie transmisji i ponawianie ich później, kiedy sieć również jest obciążona, jedynie pogarsza sytuację i doprowadza do obniżenia wydajności i zauważalnego dla użytkowników zwolnienia pracy sieci. Jednym z rozwiązań jest ograniczenie liczby stacji roboczych w segmencie sieci LAN. W przypadku mikrosegmentacji, wymagającej hubów przełączających, jeden segment obciążony jest zaledwie jedną stacją roboczą, co całkowicie eliminuje problem rywalizacji o dostęp.

Kolizje są zasadniczym powodem limitowania długości magistrali (trunk) Ethernet ­do maksimum 2500 m. Przy większych długościach pojawia się opóźnienie propagacji sygnału, w efekcie czego przestaje prawidłowo działać mechanizm wykrywania kolizji. Stacja rozpoczynająca transmisję na. jednym z końców zbyt długiego kabla, może nie "zauważyć", że w tym samym momencie, na drugim końcu, zaczęła się transmisja z innej. Błąd, polegający na niewykryciu kolizji, powoduje zniszczenie danych i może zablokować segment sieci.

Segmentacja

Segmentacja polega na podziale segmentu sieci Ethernet na. dwie lub więcej części, co zmniejsza liczbę stacji roboczych przypadających na jeden segment i poprawia wydajność. Do łączenia poszczególnych segmentów służą mosty i routery. One też zarządzają ruchem pomiędzy fragmentami sieci. Znaczenie segmentacji wzrasta, kiedy do sieci włącza się nowy użytkownik, szczególnie jeżeli wymaga szerokiego pasma. Priorytetowo musi być traktowana np. transmisja video w czasie rzeczywistym, ograniczająca dostępność sieci dla innych użytkowników. Możliwa jest organizacja, przy której użytkownicy video współkorzystają z własnych segmentów.

NetWare, Windows for Workgroups, Windows NT i inne sieciowe systemy operacyjne mają wbudowane mechanizmy routingu. Każda karta sieciowa umieszczona w serwerze organizuje oddzielny segment sieci lokalnej (LAN). Ruchem pomiędzy segmentami zarządza system operacyjny. Na rysunku 2 zaprezentowano serwer z dwiema kartami interfejsu sieciowego, obsługującymi topologię gwiazdy i magistrali. Wybór konkretnej topologii uwarunkowany jest układem pomieszczenia i rodzajem wykorzystywanego przewodu.

Rys. 2. Serwer pracujący jako most - router.

Istotną częścią segmentacji jest filtrowanie. Po podziale sieci, w celu zmniejszenia ruchu i poprawienia osiągów dokonuje się tzw. filtracji pakietów, polegającej na wpuszczaniu ich tylko do tej części sieci, dokąd są przesyłane. Wadą tego rozwiązania - w stosunku do techniki most/router - jest wprowadzenie pewnego opóźnienia transferu pakietów pomiędzy sieciami. Problem ten mogą rozwiązać huby przełączające.

Huby przełączające w sieci Ethernet

Huby przełączające rozwijają koncepcję segmentacji, umożliwiając tzw. mikrosegmentację. Nawet pojedyncza, stacja robocza może mieć samodzielny, bezpośredni dostęp do serwery lub innego urządzenia, co ogranicza rywalizację o dostęp do sieci i zapewnia pełną prędkość transmisji - 10 Mbit/sek. Huby przełączające pozwalają wykorzystać wysoką przepustowość sieci, roboczym stacjom multimedialnym i inżynierskim.

Rys. 3. Przełącznik macierzowy pozwalający na ustanowienia bezpośredniego połączenia port - port.

Huby przełączające są, jak to pokazano na rysunku 3, urządzeniami zapewniającymi przełączanie macierzowe, z krótkim czasem oczekiwania. Wiele z nich posiada. ponadto specjalne, szybkie połączenia z serwerami jak FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - interfejs światłowodowy - 100 Mbit/sek. Jest to potrzebne, gdyż standardowa przepustowość Ethernet-u (10 Mbit/sek) jest nieporównywalnie mała w odniesieniu do możliwości serwera. Przyłączanie wieloprocesorowego superserwera o zdolności obliczeniowej rzędu milionów operacji na sekundę (MIPS-ów) do powolnej sieci byłoby marnotrawstwem. Pokazany na rysunku hub przełączający obsługuje 10 portów o wydajności 10 Mbit/sek, tak więc port FDDI z przepustowością 100 Mbit/sek umożliwia jednoczesną transmisję pomiędzy 10 stacjami roboczymi.

Ethernet z prędkością 100 Mbit/sek

Wraz z rozwojem multimediów, video o podwyższonej rozdzielczości, systemów czasu rzeczywistego i wykorzystującej wszystkie techniki poczty elektronicznej ­rośnie zapotrzebowanie na pasmo przenoszenia dostępne w komputerach desktop. Wysokie wymagania ze względu na pasmo przenoszenia określa komputerowo wspomagane projektowanie (CAD) i wytwarzanie (CAM) oraz nowe aplikacje obsługujące dokumenty i obrazy. Istnieją dwa standardy Ethernet zapewniające transmisję z prędkością 100 Mbit/sek:

• 100VG-AnyLAN Ethernet, obsługiwany przez oprogramowanie firm Novell, Microsoft, Hewlett-Packard, AT&T oraz 11 innych dostawców. Wykorzystuje on kabel czteroprzewodowy (kategoria 3), taki jak Ethernet lOBase-T oraz nową metodę zarządzania dostępem - priorytet na żądanie (demand priority). Odpowiedzialny za rozwój tego standardu jest komitet IEEE 802.12.

• lOBase-X Ethernet, zachowuje CSMA/CD - do zarządzanie dostępem i pracuje ze skrętką nieekranowaną (UTP) (kategoria 5). Aktualnie za rozwijanie tego standardu odpowiedzialny jest komitet IEEE 802.3.

Istotnym aspektem zapewnienia połączenia Ethernet-owego o przepustowości 100 Mbit/sek jest właściwy dobór kabla. Przewody telefoniczne (voice-grade cable) nie nadają się dla Fart Ethernet--u, a 100VG-AnyLAN wymaga kabli kategorii 3 (i wykorzystuje wszystkie cztery pary). Warto zauważyć, że prędkość 100 Mbit/sek była osiągalna w sieciach lokalnych typu światłowodowego 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 umiejętności implementacji. Lepszą perspektywę podnoszenia przepustowości sieci gwarantują światłowody.

Formaty ramek

Pojęcie ramki w sieci Ethernet oznacza strukturę przesyłanego w sieci pakietu danych. Określona jest w niej pozycja nagłówka, bitów danych oraz wypełnienia (payload) pakietu. Rozeznanie w typach ramek jest ważne przy podłączaniu analizatora protokołów i monitorowaniu ruchu w sieci.

Rozwiązywanie problemów pojawiających się w sieci wymaga na ogół sprawdzenia zawartości pakietów i zebrania informacji statystycznych na ten temat.

W Sieci Ethernet funkcjonują cztery typy ramek:

• Ethernet_II Oryginalna ramka ethernetowa. Przydziela ona pakietowi unikatowy nagłówek, wykorzystywany przez sieci Apple Talk Phase I, systemy DEC oraz komputery pracujące z protokołem TCP/IP.

• Ethertnet_802. 3 Ten typ ramki jest powszechnie używany w sieciach Novell Netware.

• Ethernet 802.2 Jest to standardowy typ ramki dla Novell 4.x.

• Ethernet_SNAP Typ ramki wykorzystywany w sieciach Apple Talk Phase I.

Rys. 4. Typy ramek w Ethernet.

Na rysunku 4 pokazana jest struktura oryginalnej ramki Ethernet II (na górze) oraz Ethernet_802.3 (na dole). Najważniejsze elementy opisane są poniżej.

• Nagłówek (preamble) Pole to sygnalizuje początek ramki.

• SFD (Start Frame Delimiter ) - znacznik początku ramki Jest to dodatkowe pole sygnalizujące początek ramki w IEEE 802.3 Ethemet.

• Źródło i przeznaczenie Pola te zawierają adresy miejsca wysłania i miejsca przeznaczenia.

• LEN (length - długość) W polu tym podana jest długość segmentu danych w ramce.

• CRC (Cyclical Redundancy Checksum) - suma kontrolna. Pole to zawiera wartość wyliczonej przez urządzenie nadawcze sumy kontrolnej dla pakietu. Urządzenie odbiorcze wylicza sumę kontrolną wg takiego samego algorytmu i porównuje z CRC. Jeżeli nie ma zgodności - ramka uznana wstaje za uszkodzoną i poddana powtórnej transmisji.

Ethernet 10 Base-2 (Thinnet)

"Cienki Ethernet”

Koncentryczny, cienki kabel Ethernet jest łatwiejszy .w obsłudze od grubego przewodu Ethernet i nie wymaga transceiver-a (przyłącza) przy stacji roboczej. Jest również tańszy, ale zastosowanie go zmniejsza maksymalną długość magistrali (trunk). Na rysunku 5 pokazano sieć 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 Większość kart Ethernet dostosowana jest albo do okablowania grubego, albo cienkiego. Karta powinna mieć złącze BNC, ale może posiadać również złącze do grubego Ethernet-u. Kabel magistrali łączony jest do rozgałęźnika (typu T), a ten - do męskiego złącza BNC z tyłu karty sieciowej. Jeżeli karta zainstalowana jest na stacji bez twardego dysku, konieczne jest zdalne ładowanie systemu operacyjnego za pomocą PROM (Programmable Read Only Memory).

REPEATER Repeater jest urządzeniem stosowanym opcjonalnie, przeznaczonym do łączenia dwóch odcinków magistrali (trunk) Ethernet-u i wzmacniania sygnałów przepływających pomiędzy nimi. Informacja transmitowana w sieci lokalnej może przejść przez nie więcej niż dwa repeater-y, zanim osiągnie miejsce przeznaczenia albo most (bridge).

CIENKI PRZEWÓD ETHERNET (THIN ETHERNET CABLE) Jako cienki przewód Ethernet używany jest przewód koncentryczny o średnicy 5 mm typu RG­58 A/U lub RG-58 C/U. Przewód tego typu oferowany jest przez wielu dostawców, w odcinkach o standardowej długości, wraz ze złączami. Istnieje również możliwość zakupu przewodu w zwojach, ale konieczne jest wtedy samodzielne przycinanie i montaż złączy BNC na końcach. Przewody wykonywane są jako: niepalny - ­osłonięty (plenum cable), nieosłonięty-wnętrzowy (nonplenum interior), podziemny i napowietrzny (underground-rated, aerial-rated).

ZŁĄCZA BNC Złącza. BNC muszą zostać zamontowane na końcach wszystkich odcinków przewodów. Zestaw złącza. BNC obejmuje: kolek centralny, obudowę i tulejkę zatrzaskową. Dla zamocowania złącza niezbędne są narzędzia do zdejmowania izolacji z przewodu koncentrycznego oraz do zaciskania. Można je kupić w sklepach z akcesoriami monterskimi.

ZŁĄCZE BNC-T (ROZGAŁĘŹNIK) Rozgałęźnik mocowany jest do złącza BNC z tyłu karty sieciowej Ethernet. Umożliwia przyłączenie przewodu wchodzącego i wychodzącego. Rozgałęźnik konieczny jest w każdej stacji roboczej - również ostatniej w magistrali, gdzie do wolnego złącza dołączany jest terminator BNC.

TULEJOWE ZŁĄCZA BNC (BARREL) Złącza tego typu służą do łączenia dwóch odcinków przewodu.

TERMINATOR BNC Każdy segment okablowania musi na obu końcach posiadać 50-omowe terminatory BNC. Jeden uziemiony, drugi nie.

Tworząc okablowanie Ethernet przewodem koncentrycznym RG-58 A/U lub RG-58 C/U, należy przestrzegać następujących reguł:

• Maksymalna, długość odcinka magistrali - trunk segment wynosi 186 m.

• Przewód do karty sieciowej przyłącza się za pomocą rozgałęźnika

( T- connector).

• Łączyć można do pięciu segmentów magistrali, używając czterech repeaterów. Stacje robocze mogą być włączone jedynie do trzech, pozostałe służą do przedłużenia.

• Maksymalna długość magistrali (trunk) wynosi 910 m.

• Do jednej magistrali można dołączyć najwyżej 30 odgałęzień. Odgałęzieniami są także: repeatery, mosty, routery i serwery. Całkowita liczba odgałęzień we wszystkich segmentach sieci nie może przekroczyć 1024.

• Na każdym końcu magistrali musi znajdować się terminator. Jeden z końców musi być uziemiony.

Kombinacja kabla cienkiego (thin) i grubego (thick)

Możliwe jest łączenie systemów z cienkim i grubym przewodem. Przykładowo: trzeba połączyć dwa segmenty wykonane cienkim przewodem, kiedy odległość pomiędzy nimi przekracza dopuszczalną dla kabla cienkiego. Należy zwrócić uwagę" że do rozszerzenia zasięgu sieci Ethernet można użyć repeaterów. Maksymalna liczba segmentów magistrali wynosi pięć.

Łączenie kabla cienkiego z grubym możliwe jest dzięki adapterom BNC-N, dostępnym w wykonaniu "męskim" i "żeńskim" - dla każdej z końcówek. Segment kombinowany z przewodu grubego i cienkiego ma na ogół długość 182 - 492m (607-1640 stóp). Następująca. zależność pozwala na wyliczenie dopuszczalnej długości kabla cienkiego w kombinowanym segmencie magistrali:

t = (492 - L)/3,28,

gdzie:

t - dopuszczalna długość kabla cienkiego [m];

L - długość budowanego segmentu magistrali [m].

Ethernet 10Base-5 (Thicknet) "Gruby" Ethernet

10Base-5 utożsamiany jest często ze standardem Ethernet w ogóle, ponieważ był pierwszą jego implementacją. Rysunek 7 przedstawia strukturę okablowania z grubym przewodem koncentrycznym Ethernet. Każda stacja robocza dołączona jest do magistrali za pomocą transceiver-a (przyłącza) i kabla przyłączeniowego. Transceiver nie jest zwykłym rozgałęźnikiem BNC, jak w sieci Ethernet, z cienkim kablem - to urządzenie zapewniające elektryczne oddzielenie stacji roboczej od kabla sieciowego. Dla sprawdzenia czy stacja jest prawidłowo podłączona do sieci stosowany jest test heartbeat transceiver-a.

Rys. 7. Przykład okablowania „gruby Ethernet” (10Base - T)

KARTA INTERFEJSU SIECIOWEGO Większość kart sieciowych Ethernet przystosowana jest do współpracy - albo z cienkim (thin) albo z grubym (thick) kablem. Do przyłączenia przewodu od transceiver-a, na karcie musi znajdować się "żeńskie" złącze typu DIX. W serwerze należy instalować możliwie najlepszą kartę. Wymagania można obniżyć w przypadku stacji roboczych, szczególnie jeżeli będą dość rzadko korzystały z sieci. W przypadku stacji bez napędu dyskowego konieczne będzie zdalne ładowanie systemu operacyjnego za pomocą PROM.

REPEATER Repeater jest urządzeniem stosowanym opcjonalnie, przeznaczonym do łączenia dwóch odcinków magistrali (trunk) Ethernet-u i wzmacniania sygnałów przepływających pomiędzy nimi. Do nich obu repeater podłączony jest za pomocą kabla przyłączeniowego (od transceiver-a). Informacja transmitowana w sieci lokalnej może przejść przez - nie więcej niż dwa repeater-y - zanim osiągnie miejsce przeznaczenia albo most (bridge).

TRANSCEIVER (PRZYŁĄCZE) Jest to element mocowany na grubym kablu Ethernet, służący do przyłączenia stacji roboczej. Posiada, trzy złącza: wejście i wyjście kabla magistrali oraz odgałęzienie do stacji roboczej, wykonywane za pomocą specjalnego przewodu. Transceiver (przyłącze) można zamocować na kablu magistrali dwoma sposobami: zaciskowym - kabel zostaje nacięty dla zapewnienia kontaktu, bez przecinania go; oraz za. pomocą złącz BNC. W tej drugiej wersji transceiver (przyłącze) zaopatrzony jest w rozgałęźnik (T-connector), do którego mocowane są końcówki kabla. Do zamocowania ich niezbędne są specjalne narzędzia.

KABEL PRZYŁĄCZENIOWY Na ogół stanowi on komplet z transceiver-em (przyłączem). Na obu końcach znajdują się męskie i żeńskie złącza typu DIX, umożliwiające połączenia go z przyłączem oraz zatrzaśnięcie w złączu karty sieciowej. Kabel przyłączeniowy jest na. ogół bardziej elastyczny od magistrali.

GRUBY (THICK) KABEL MAGISTRALI ETHERNET Okablowanie grubego Ethernet-u stanowi przewód koncentryczny 50-umowy o średnicy 1 cm, sztywniejszy od kabla przyłączeniowego (od transceicve-a). Dostępny jest u wielu dostawców, zarówno w odcinkach jak też zwojach. Dla mocowania złączy konieczne są narzędzia do zdejmowania izolacji i zaciskania. Kabel dostępny jest w wersjach: niepalny-osłonięty (plenum cable), nieosłonięty-wnętrzowy (nonplenum interior), podziemny i napowietrzny (underground-rated, serial-rated).

ZŁĄCZA MĘSKIE TYPU N Montowane są na obu końcach przewodu magistralnego w przypadku używania transceiver-ów z rozgałęźnikami (T­connector). Przewody dostarczane w odcinkach mają końcówki montowane fabrycznie.

ZŁĄCZA TULEJOWE TYPU N Służą do łączenia dwóch odcinków kabla TERMIANTORY TYPU N Każdy segment musi mieć na obu końcach 50-omowe terminatory typu N. Jeden z nich ma być połączony z przewodem uziemiającym, drugi nie.

Poniżej przedstawiono ograniczenia standardu 10Base-5:

• Maksymalna długość segmentu magistrali wynosi 500 m.

• Transceivery (przyłącza) montowane są do segmentów magistrali.

• Maksymalna odległość stacji roboczej od transceiver-a (przyłącza) wynosi 50 m.

• Minimalna odległość pomiędzy transceiver-ami (przyłączami) wynosi 2,5 m.

• Łączyć można do pięciu segmentów magistrali, używając czterech repeaterów. Stacje robocze mogą być włączone jedynie do trzech, pozostałe służą do przedłużenia.

• Maksymalna długość łączna magistrali wynosi 2460 m.

• Do magistrali można podłączyć maksimum 100 stacji roboczych. Repeater liczy się jako stacja.

• Na obu końcach każdego segmentu magistrali musi znajdować się 50-omowy terminator. Jeden z końców musi być uziemiony. Dla uniknięcia odbić nie wolno uziemiać obu końców.

Ethernet 10Base-T (Twisted-Pair) Ethernet 10Base-T (skrętka)

10Base-T posiada większość zalet Ethernet-u, bez konieczności ponoszenia kosztów kabla koncentrycznego. Ponadto umożliwia zastosowanie gwiazdowej lub rozproszonej topologii sieci, która jest korzystna. w pewnych przypadkach rozmieszczenia stacji roboczych.

Część specyfikacji 10Base-T jest kompatybilna z innymi standardami IEEE 802.3, dzięki czemu łatwe jest przechodzenie z jednego nośnika na drugi. Nie ma potrzeby wymiany kart sieciowych przy przechodzeniu z kabla koncentrycznego na skrętkę. Co więcej, możliwe jest rozbudowywanie istniejącej magistrali o segmenty skrętkowe, dzięki zastosowaniu repeaterów obsługujących zarówno kable koncentryczne i światłowodowe, jak też skrętkowe. Tego typu sprzęt znajduje się w ofercie wielu dostawców

Specyfikacja 10Base-T obejmuje testowanie ciągłości łącza (link integrity testing). Polega to na permanentnym sprawdzaniu przez system, czy w kablu nie wystąpiła przerwa lub zwarcie. Odbywa się to centralnie.

Rys. 8. Przykład podstawowego okablowania Ethernet 10Base - T.

Zasadę budowy sieci 10Base-T pokazano na rys. 8. Stacje robocze podłączone są do centralnego huba lub koncentratora pracującego jako repeater. Po nadejściu sygnału od stacji roboczej, hub rozprowadza. go do wszystkich linii wyjściowych. Możliwe jest budowanie hierarchicznej konfiguracji wzajemnie połączonych hubów. Stacje robocze przyłącza się za pośrednictwem nieekranowanej skrętki o długości do I00 m. Przewód dochodzi do transceiver-a (przyłącza.), który połączony jest ze stacją roboczą za pomocą kabla 15 żyłowego o długości do 50 m.

Połączenia 10Base-T wykorzystują kable kategorii 3, choć wyższe (jak kategoria 5) , pozwalają na spełnienie wymagań przyszłościowych, obejmujących szybką transmisję, rzędu 100 Mbit/sek. Na rysunku 9 pokazano połączenie pomiędzy centralnymi punktami okablowania różnych oddziałów, wykonane za pomocą światłowodu i kabla koncentrycznego. Do tego szkieletu, w skrzynce łączeniowej, przyłączony jest koncentrator 10Base-T. Koncentrator połączony jest również, za. pomocą 50­żyłowego kabla telefonicznego do krosownicy (punchdown block), od której biegną przewody skrętkowe do gniazdek przy każdej stacji roboczej. Do gniazdka wtyka się przewód transceiver-a (przyłącza), połączonego ze stacją roboczą. Większość kart sieciowych posiada wbudowany transceiver, do którego można bezpośrednio wetknąć wtyczkę RJ-45.

Rys. 9. System okablowania Ethernet 10Base - T w konfiguracji z centralną skrzynką pocztową.Poniżej przedstawiono typowe elementy sieci 10Base-T. Należy pamiętać, że nie zawsze potrzebne są wszystkie.

Karta interfejsu sieciowego

Potrzebna. jest karta z 10-stykowym złączem DIX lub 10Base-T RJ-45. Jeżeli kartę instaluje się na stacji bez twardego dysku, konieczne jest zdalne ładowanie systemu operacyjnego za pomocą PROM (Programmable Read Only Memory).

HUB Hub, zwany również koncentratorem, posiada na ogół do 12 portów. Zwykle posiada port dla kabla światłowodowego, będącego elementem szkieletu sieci.

SKRĘTKA (TWISTED-PAIR CABLE) Jest to przewód ze złączem RJ-45, który w standardzie 10Base-T może mieć długość do 100 m. Można kupić przewód w zwojach, ale do samodzielnego montażu złącz RJ-45 konieczne jest specjalne narzędzie (zaciskacz).

TRANSCEIVER (PRZYŁĄCZE) Transceiver ma z jednej strony złącze

RJ-45, a z drugiej DB-15. Większość aktualnie sprzedawanych kart posiada wbudowany transceiver.

KABEL PRZYŁĄCZA Służy do łączenia transceiver-a z kartą interfejsu sieciowego.

KABEL TELEFONICZNY Jeżeli wykorzystuje się kabel telefoniczny - można użyć 50 żyłowego kabla Telco, który ułatwi przyłączenie koncentratora bezpośrednio do krosownicy telefonicznej. Należy uzgodnić parametry z dostawcą koncentratora.

GNIAZDKO ŚCIENNE Gniazdko wyposażone jest w złącze RJ-45. Jeżeli potrzebne jest również podłączenie telefonu - należy użyć gniazdka podwójnego.

Specyfikacja kabla 10Base-T

Poniżej zamieszczona jest specyfikacja 10Base-T. Niektóre parametry różnią się w praktyce, zależnie od dostawcy. Zestaw połączeń od gniazdka ściennego do huba pokazany jest na rys. 10.

• Należy używać nieekranowanej skrętki kategorii 3, 4 i 5.

• Na końcach kabli należy stosować złącza RJ-45. Styki 1 i 2 służą do nadawania; styki 3 i 6 do odbioru. Pary są skrzyżowane, więc żyła z jednego końca przyłączona jest "na nadawanie", a z drugiego "na odbiór".

• Do każdej stacji roboczej może być podłączony transceiver (przyłącze) i 15 ­żyłowy kabel przyłącza. W niektórych kartach transceiver jest wbudowany.

• Odległość od huba do transceiver-a nie może przekraczać 100 m.

• Do huba typowo łączy się 12 stacji.

• W celu powiększenia liczby stacji w sieci do centralnego huba można, podłączyć nie więcej niż 12 hubów podrzędnych.

• Aby stworzyć rozleglejszą sieć eternetową hub może zostać przyłączony do jej szkieletu - w postaci kabla koncentrycznego lub światłowodowego.

• Bez potrzeby stosowania mostów można, połączyć do 1024 stacji

Rys. 10. Konfiguracja przewodów Ethernet 10Base - T od gniazdka w ścianie do huba.

100VG-AnyLAN (Voice Grade) 100VG-AnyLAN (Kabel telefoniczny)

Ethernet sprawdził się jako uniwersalny standard budowy sieci. Funkcjonuje tysiące stanowisk połączonych w systemie 10Base-2 i nowszym 10Base-T ­wykorzystującym skrętkę. Ethernet został dobrze poznany i przetestowany. Zastosowanie skrętki obniża. koszty okablowania i usprawnia technologię budowy instalacji, pozwalając wykorzystać zalety okablowania strukturalnego. Aktualnie wprowadzane są odmiany Ethernet (100Base-X), zapewniające wysoką prędkość transmisji, jak 100VG-AnyLAN (przewód telefoniczny) czy Fast Ethernet, udostępniające komputerom klasy desktop transmisję z prędkością 100 Mbit/sek. Realizacja takich parametrów stała się koniecznością wobec upowszechniania aplikacji obsługujących multimedia, video w czasie rzeczywistym i obróbkę obrazów.

100VG-AnyLAN bazuje na technologii opracowanej przez AT&T i Hewlett Packard, a obecnie pilotowanej .przez komitet 802.12 IEEE. Standard ten wykorzystuje skrętkę czteroprzewodową (patrz rysunek 11). Wprowadzono w nim także nową metodę dostępu na żądanie (demand priority), która zastąpiła - używaną w starszych odmianach standardu - technikę wykrywania kolizji - CSMA/CD.

Rys. 11. Zastosowana w 100VG - AnyLAN transmisja kwartetowa wykorzystuje cztery pary żyd kabla.

Specyfikacja 100VG-AnyLAN

Standard ten wykorzystuje okablowanie kategorii 3 - czteroparową skrętkę telefoniczną. Konkurujący z nim 100Base-X wymaga przewodów komputerowych (data-grade) kategorii 5, co pociąga za sobą wymianę okablowania przy zmianie standardu. Zastosowanie przewodów wyższej jakości (kategoria 5) w sieci 100VG-AnyLAN pozwala na zwiększenie maksymalnej długości jej odcinków ze 100 do 150 m.

Metoda dostępu zmieniła się względem typowego Ethernet-u, ale ramka pozostała ta sama. Nowa metoda dostępu nosi nazwę "priorytet na żądanie" (demand priority). W związku z pozostawieniem formatu ramki możliwe jest działanie mostów (bridge) pomiędzy 100VG-AnyLAN, a starszymi standardami Ethernet-u. W ślad za koncepcją firmy Hewlett Packard, format ramki, a nie protokół CSMA/CD, jest czynnikiem decydującym o możliwości współdziałania pomiędzy odmiennymi standardami Ethernet-u.

W systemie priorytetu na żądanie to hub decyduje - kiedy i jak stacja będzie mogła połączyć się z siecią. Aplikacje wymagające szybkiej transmisji, jak video w czasie rzeczywistym, mają priorytet i sieć udostępnia się im na taki czas, jaki jest niezbędny. Ponieważ to hub decyduje o dostępie - wyeliminowane jest współzawodnictwo stacji, co poprawia przepustowość sieci.

Ponieważ topologie sieci 100VG-AnyLAN i 10Base-T są podobne - karty i wiele innych akcesoriów pozwalają na realizowanie szeregu działań w obu systemach. Do huba 100VG-AnyLAN można połączyć zarówno komputer pracujący w tym standardzie, jak też 100Base-T i oba będą mogły pracować z właściwą dla siebie prędkością. Oprócz formatu ramek, ze starego systemu zachowano zasady topologii gwiazdy i okablowania strukturalnego. Używane są również takie same złącza jak w 10Base-T.

Transmisja sygnału

Założono, że 100VG-AnyLAN ma wykorzystywać te same kable, co 10Base-T. Ponieważ są to przewody telefoniczne, do zapewnienia niezawodności transmisji o prędkości równej 100 Mbit/sek, konieczna, okazała się transmisja kwartetowa. Podczas gdy 10Base-T wykorzystywał dwie pary przewodów (jedna do nadawania, druga do odbioru), 100VG-AnyLAN używa czterech par.

Transmisja kwartetowa odbywa się z tą samą częstotliwością co w 10Base-T, ale sygnał 25 MHz przesyłany jest każdą z czterech par przewodów. Używany w 10Base-T system kodowania "Manchester" został zastąpiony przez 5B6B. Zastosowanie niskiej częstotliwości i rozdziału sygnału pomiędzy przewody pozwalają utrzymać emisję zakłóceń radiowych na założonym poziomie, przy wykorzystaniu kabli telefonicznych. 10Base-T przesyła sygnał o częstotliwości 20 MHz, wykorzystując dwie pary przewodów.

Priorytet na żądanie (demand priority)

Jest to nowa metoda zarządzania dostępem, stosowana w 100VG-AnyLAN, zastępująca znaną ze starszych wersji standardu Ethernet - CSMA/CD. W systemie tym stacja może odbierać informację w tym samym czasie, kiedy sama nadaje. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu skrętki czteroparowej i transmisji kwartetowej. Metoda priorytet na żądanie korzysta z zalet okablowania strukturalnego i centralnego ulokowania huba w systemie (rys. 12). Rozwiązanie to jest podobne do zastosowanego w 10Base-T, ale zapewnia hubowi możliwość skuteczniejszego nadzorowania ruchu w sieci. Kiedy stacja chce rozpocząć transmisję - przesyła żądanie do huba i może domagać się dla siebie przydziału priorytetu. Jeżeli sieć jest wolna - stacja rozpoczyna transmisję. Każda informacja przesyłana jest poprzez hub, który zapewnia szybkie przełączanie do odgałęzienia docelowego.

Mechanizm przydzielania priorytetu zapewnia, że dane wymagające szybkiej transmisji, jak video, przesyłane są w pierwszej kolejności. Jeżeli priorytetu zażądają dwie stacje - obie obsługiwane są przemiennie. Taka metoda organizowania transmisji wykazuje przewagę nad CSMA/CD, gdzie rywalizacja o dostęp do kabla odbywa się raczej pomiędzy samymi stacjami niż pod kontrolą huba. Rywalizacja polega na próbie podjęcia transmisji przez dwie stacje. W takim przypadku informacje ulegają skasowaniu, a stacja musi odczekać pewien czas do podjęcia powtórnej próby. Ogranicza to przepustowość sieci i zwielokrotnia rywalizację, gdyż coraz więcej stacji oczekuje na dostęp do kabla.

Dodatkową zaletą transmisji z priorytetem na żądanie jest to, że informację przesyła się, poprzez hub, tylko do stacji docelowej, a nie do wszystkich stacji, co ogranicza możliwość dostępu do danych osobom niepowołanym.

Rys. 12 Przykład okablowania strukturalnego Ethernet 100VG AnyLAN.

EtherTalk

EtherTalk jest implementacją standardu Ethernet, opracowanego przez komitet IEEE 802.3 na komputery Apple Macintosh. Karty EtherTalk, dostarczane przez Apple, przystosowane są do kabla koncentrycznego, skrętki lub światłowodu. Noszą one nazwę NuBus dla Mackintosh II lub Ethernet LC dla Mackintosh LC. Dostępne są również zewnętrzne karty do systemów nie-NuBus-owych, przyłączane do portu SCSI (Small Computer System Interface).

Fast Ethernet

System Fast Ethernet wstał opracowany przez firmy: Grand Junction Networks, i 3Com, SynOptics, Intel i innych producentów, a obecnie rozwijany jest przez IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), jako 100Base-X. Stanowi on modyfikację dotychczas funkcjonujących odmian standardu Ethernet, zwiększającą prędkość przesyła danych do 100 Mbit/sek, przy zachowaniu CSMA/CD (Carrier sense Multiple Access/Collision Detection) - jako metody zarządzania dostępem. Tak znaczna szybkość wymaga zastosowania skrętki standardu komputerowego (data-grade) - odpowiadającej kategorii 5 wg klasyfikacji EIA/TIA (Electronic Industries Association /Telecomunication Industries Association). Stosowana jest topologia gwiazdy - tak jak w 10Base-T - wszystkie przewody biegną do centralnego huba.

Konkurencyjny standard IEEE 100VG-AnyLAN wykorzystuje skrętkę kategorii 3, ale używa nowej metody zarządzania dostępem, tzw. Priorytetu na żądanie (demand priority). Standardem 100Base-E zajmuje się działający wcześniej komitet 802.3 IEEE, podczas gdy 100VG-AnyLAN - nowy, IEEE 802.12.

Porównanie niektórych cech obu standardów znajduje się poniżej:

• Oba standardy wymagają wymiany kart sieciowych, przy czym 100VG­-

AnyLAN jest bardziej kompatybilny z okablowaniem 10Base-T.

• Producenci oferują karty 100Base-X, zdolne do pracy z Ethernet'em 10 Mbit/s, co ułatwia użytkownikom przejście na nowy standard.

• 100Base-X wymaga kabli kategorii 5 (komputerowych), podczas gdy 100VG­AnyLAN - czteroparowej skrętki telefonicznej. W obu przypadkach może zajść konieczność wymiany starego okablowania.

• Długość pojedynczego odcinka przewodu w szybkich sieciach Ethernet jest ograniczona do 100 m, ale zastosowanie w 100VG-AnyLAN kabli komputerowych (kategorii 5) pozwala zwiększyć ją do 150 m.

• W obu przypadkach, na dłuższych dystansach można użyć światłowodów.

100Base-X wykorzystuje elastyczność CSMA/CD; istnieje możliwość zmniejszenia prędkości transmisji do lMbit/sek przy wydłużeniu odcinków kabla (IEEE 802.3 lBase-5). Z drugiej strony, 100Base-X skraca długość kabla zwiększając prędkość transmisji. Sieć można łatwo rozbudowywać, tworząc hierarchiczną konfigurację kabli łączących skrajne huby (repeatery), co pokazano na rys.13. Taki typ okablowania lokuje się w nowym podejściu do budowy sieci - tworzeniu okablowania strukturalnego.

Rys. 13. Sieć Ethernet 100Base - X.

Podstawową troską twórców standardu 100Base-X było zachowanie CSMA/CD, jako metody kontroli dostępu do sieci, co pozwoliło na wykorzystanie istniejących instalacji Ethernet. Dzięki takiemu zabiegowi 100Base-X stała się pod-warstwą IEEE MAC (Media Access Control - sterowanie dostępem do medium), który stanowi most pomiędzy różnymi standardami IEEE, jak Token Ring, FDDI (Fiber Distributed Data Interface) i inne. Połączenie sieci Ethernet, pracującej z prędkością 10 Mbit/sek. ze 100Base-X wymaga jedynie dostosowania prędkości transmisji wymienianych pakietów. Biorąc pod uwagę odmienny obszar zastosowania standardu 100VG-AnyLAN, należy w tym miejscu wymienić kilka jego zalet. Zastosowana w nim metoda dostępu z priorytetem na żądanie (demand priority) umożliwia priorytetowe potraktowanie niektórych (szczególnie wymagających, jeśli chodzi o prędkość przesyła) danych, jak np. video w czasie rzeczywistym. Kolejną zaletą jest to, że dane, poprzez hub, trafiają tylko do stacji przeznaczenia, a nie wszystkich stacji w sieci, co zapobiega nieuprawnionemu dostępowi do informacji.

Jeżeli przebudowuje się instalację, aby pracowała z prędkością 100 Mbit/sek., wybór standardu szybkiej sieci Ethernet jest silnie związany z wyborem rodzaju okablowania. Zainstalowana. w wielu budynkach skrętka telefoniczna (kategoria 3) nie nadaje się do transmisji z prędkością 100 Mbit/sek. Aby zastosować 100Base-X trzeba więc wymienić okablowanie. 100VG-AnyLAN wymaga z kolei skrętki czteroparowej, czyli wymiana przewodów również jest niezbędna. 100Base-X korzysta ze standardu X3T9.5 (FDDI) TP-PMD Amerykańskiego Instytutu Normalizacyjnego (ANSI), który preferuje komputerowy (data-grade) przewód dwuparowy kategorii 5. Możliwe jest również zastosowanie światłowodu i skrętki ekranowanej (STP) IBM Type-1.

1

---