Технология Ethernet, метод доступа CSMA/CD
Ethernet (эзернет, от лат. ether – эфир) – пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных.
Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде – на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token Ring.
В сетяхEthernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаваением несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection,
CSMA/CD).
Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети.
Простота схемы подключения – это один из факторов, определивших успех стандартаEthernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiply-access, MA).
Метод заключается в том, что все рабочие станции постоянно находятся в режиме прослушивания канала на предмет обнаружения передаваемого кадра данных. Соответственно, когда одна из станций обнаруживает, что передаваемый кадр содержит в заголовке ее адрес как адрес получателя, то она продолжит чтение кадра и по окончании приема проинформирует отправителя о его успешной доставке. Адрес станции-источника также включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.
Оборудование, с помощью которого осуществляется объединение компьютеров в сети, называется сетевым оборудованием.
По способу участия в передачи данных сетевое оборудование подразделяется на пассивное и активное.
Пассивное оборудование работает только с электрическими сигналами, не анализируя при этом информацию из передаваемых данных.
К пассивному сетевому оборудованию относятся кабели (1), коммутационные панели (2), повторители (3), хабы (4) и др.
Активное оборудование читает и анализирует информацию из передаваемых данных и на основании этой информации принимает решение об их дальнейшей передаче.
К активному оборудованию относятся интерфейсные карты компьютеров, коммутаторы, маршрутизаторы и др.
1. Основными проводными средами передачи данных являются медь и стекловолокно. На их основе изготавливаются различные типы кабелей.
Медную среду передачи данных используют такие типы кабелей как коаксиальный кабель и «витые пары» различных категорий.
Коаксиальный кабель в настоящее время для построения новых сетей используются редко. Он обладает низкой пропускной способностью (не более 10 Мбит/с), подвержен действию электромагнитных помех, а сигнал, передаваемый с его помощью, довольно быстро затухает. Все это ограничивает максимально возможную длину сегмента сети до 500 м (при использовании толстого коаксиального кабеля и до 185 м при использовании тонкого коаксиального кабеля), а также максимально возможное число узлов в сети, построенной на основе коаксиального кабеля (до 30 узлов для тонкой Ethernet с использованием коаксиального кабеля RG-8 и RG-11 и до 100 узлов для толстой Ethernet с использованием коаксиального кабеля RG-58). Кроме того, данные, передаваемые посредством коаксиального кабеля, легко перехватить. Однако низкая стоимость коаксиального кабеля и простота монтирования оборудования обуславливают «живучесть» сетей, построенных на его основе.
Кабель «витая пара» получил свое название из-за использования в качестве среды передачи данных одной, двух или четырех пар скрученных медных проводников. Скрученность позволяет гасить помехи, создаваемые каждым из проводников.
Существует две основных разновидности «витой пары» - неэкранированная (UTP) и экранированная (STP). Неэкранированная «витая пара», в свою очередь, подразделяется на несколько категорий. Отличие между UTP и STP в том, что кабель экранированной «витой пары» покрыт защитным экраном - алюминиевой или полиэстеровой оболочкой.
Сети на основе неэкранированной «витой пары» имеют пропускную способность от 1 Мбит/с до 1 Гбит/с (при длине сегмента до 25 м) в зависимости от категории используемого кабеля, максимальную длинную сегмента сети 100 м (сигнал, передаваемый по неэкранированной «витой паре», довольно быстро затухает), рекомендуемое число узлов в сети - 75 (максимально по спецификации - 1024, в реальности - сильно зависит от траффика). Сам кабель сильно подвержен электромагнитным помехам, данные, передаваемые с его помощью, несложно перехватить. Однако UTP имеет невысокую стоимость и легок в прокладке.
Вышесказанное обуславливает большую популярность сетей на основе неэкранированной «витой пары».
Сети на основе экранированной «витой пары» имеют более высокую пропускную способность (теоретически: до 500 Мбит/с на расстояние 100 м), максимальную длинную сегмента сети 100 м (сигнал, передаваемый по STP и UTP затухает одинаково быстро), максимальное число узлов по спецификации - 270 (сильно зависит от траффика), а за счет наличия экрана такие сети в значительно меньшей степени подвержены электромагнитным помехам. Данные, передаваемые посредством экранированной «витой пары» перехватить сложнее. В тоже время экранированная «витая пара» имеет большую стоимость и более трудную прокладку, чем неэкранированная.
На основе стекловолокна изготавливаются многомодовые и одномодовые волоконно-оптические кабели, различающиеся по траектории прохождения световых путей.
В одномодовом кабеле все лучи проходят практически один и тот же путь и одновременно достигают приемника.
В многомодовом кабеле траектории лучей имеют существенный разброс, что приводит к искажению информации при передаче на большие расстояния.
Соответственно, сети на одномодовых кабелях имеют большую пропускную способность и максимальную длинную сегмента. В то же время они отличаются более высокой стоимостью о сравнению с многомодовыми.
В настоящее время использование оптоволокна становится все более популярным в том числе вследствие снижения его стоимости. Сети, построенные на основе оптоволокна, имеют чрезвычайно высокую пропускную способность (от 100 Мбит/с до 2 Гбит/с и более), не подвержены действию электромагнитных помех, а сигнал, передаваемый по оптоволокну, имеет низкое затухание, что позволяет прокладывать его на значительные расстояния, измеряемые километрами. Оптоволокно не дает утечки сигнала, что делает его надежным в плане перехвата информации. Вместе с тем, как сам кабель, так и оборудование к нему и работы по его прокладке отличаются существенно большей стоимостью по сравнению с медными средами передачи данных. Кабель также подвержен влиянию различных климатических условий.
2. Коммутационная панель (кросс-пане́ль, патч-пане́ль) — одна из составных частей структурированной кабельной системы (СКС). Представляет из себя панель со множеством соединительных разъёмов, расположенных на лицевой стороне панели. На тыльной стороне панели находятся контакты, предназначенные для фиксированного соединения с кабелями, и соединённые с разъёмами электрически. Коммутационная панель относится к пассивному сетевому оборудованию.
Коммутационные панели могут быть фиксированными или наборными. Если в первом случае, все разъемы выполняются однотипными, то в другом случае можно реализовать гибридную коммутационную панель, содержащую разъемы разных типов, в том числе медные типа RJ45 разной категорийности, волоконно-оптические разъемы различных типов, коаксиальные (например, типа BNC) и другие. Типы устанавливаемых видов разъемов зависят от вида решаемых задач.
Наиболее распространенным видом данного вида устройств, в современных технологиях СКС, является 24-х портовая фиксированная коммутационная панель с неэкранированными разъемами RJ45 категории 5е или 6. С тыльной стороны панели располагаются так называемые IDC-разъемы (англ. Insulator Displacement Connector, разъем со смещением изоляции).
Существует два типовых способа использования коммутационных панелей.
В первом случае, коммутационная панель используется как точка коммутации между портами активного сетевого оборудования (АСО) и портами рабочих мест, через кабель горизонтальной подсистемы СКС. Коммутация осуществляется коммутационными шнурами от панели до портов АСО.
Во втором случае, так называемое двойное представление порта, коммутационные панели используются попарно, одна из панелей представляет порты АСО, а вторая — порты рабочих мест. Коммутация осуществляется коммутационными шнурами между панелями.
Вместе с коммутационной панелью целесообразно использовать кабельные органайзеры, для упорядочивания подходящих и отходящих к устройству кабелей.
3. Повторители - данное название произошло от английского слова repeater, что и означает повторитель. Основным функционалом повторителя (репитера) является усиление поступающего сигнала. Т.е. происходит восстановление всех наших характеристик линий связи в исходное положение. А для чего же спрашивается нужно исопльзовать эти репитеры (повторители)? Ответом будет являться картинка:
Т.е. рисунка становиться понятно, что целью использования повторителей (репитеров) является простое расширение сети, т.е. увеличении ее протяженности в длину или ширину. Но, к сожалению, больше никаких функций данные устройства не выполняют, т.е. внутри них не происходит никакой обработки сигнала.
Данная тема является очень важной, так как повторители чуть ли не самые простые сетевые устройства, в которых может разобраться самый далекий пользователь. Надо заметить, что множество повторителей носят название - концентратор, который мы и разберем на следующей лекции.
4.Хаб - сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Термин концентратор (хаб) применим также к другим технологиям передачи данных: USB, FireWire и пр.
В настоящее время хабы почти не выпускаются — им на смену пришли сетевые коммутаторы (свитчи), выделяющие каждое подключённое устройство в отдельный сегмент.