NETSGUIDES

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

Поиск:

 

Стандарт Ethernet (802.3n)

Статьи / Локальные сети / Глава 2. Планирование сетевой архитектуры / Стандарты IEEE / Стандарт Ethernet (802.3n)

Сеть Ethernet впервые была сконструирована в 70-х гг. доктором Робертом Меткалфом (Robert Metcalfe) как часть проекта "офиса будущего". В то время это была сеть со скоростью работы 3 Мбит/с. В 1980 г. сеть Ethernet была стандартизована консорциумом фирм DECIntelXerox (DIX) как сеть со скоростью 10 Мбит/с, а в 1985 г. Она была стандартизована 802м комитетом IEEE. С тех пор новая технология Ethernet наследует признаки базовой структуры исходной схемы Ethernet, предусматривающей логическую шинную топологию и метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD - Carrier Sensing Multiple Access with Collision Detection). В различных типах Ethernet используются различные физические топологии (например, звездообразная или шинная) и различные типы кабелей (например, UTP, коаксиальный, оптоволоконный).

Примечание:
Все сети Ethernet типа 10Base2, 10Base5, 10BaseT или 10BaseF являются "вариациями на тему" стандарта 802.3.

Основы Ethernet

Информация, "путешествует" по сети Ethernet в виде пакетов, каждый из которых состоит из шести частей.

Преамбула. Содержит восемь байтов информации, используемой для позиционирования остальной части информации в пакете.
Адрес назначения. Содержит аппаратный адрес ("зашитый" в плату Ethernet) рабочей станции или станций, которые принимают эту информацию.
Адрес источника. Позволяет принимающей рабочей станции распознать Рабочую станцию, пославшую информацию.
Тип. Определяет тип информации, хранящейся внутри части пакета с Данными — является ли она графической информацией, текстом ASCII или чем-либо другим.
Фактические данные. Это может быть любая информация объемом от 46 до 1500 байтов.
Контрольная последовательность кадра. Позволяет определить ошибки передачи пакета; используется для проверки того, достигла ли остальная часть пакета места назначения без повреждения.

На рис. 2. 8 показаны части кадра Ethernet в соответствии со стандартом 802.3

Имеется несколько различных типов Ethernet, каждый со своим собственным номером и именем, под которым они наиболее известны. Эти типы описаны в табл. 2.1.

Таблица 2. 1. Некоторые типы сетей Ethernet и их описание

Интерпретация названий сетей Ethernet

Сети Ethernet различных типов имеют общепринятые названия, под которыми они известны более широко, чем по соответствующим номерам, присвоенным комитетом IEEE. Эти названия оформлены как комбинация букв и чисел и, возможно, выглядят не более содержательно, чем номера их стандартов, присвоенные ШЕЕ. Они не очень информативны, и основной принцип их составления состоит в том, что первое число описывает максимально возможную скорость передачи данных в сети (в мегабитах за секунду).
Далее идет слово "base", означающее, что передача данных выполняется без модуляции несущей, т. е. данные передаются последовательно в отличие от широкополосных сетей типа тех, что иногда используются для соединений WAN и в которых данные могут передаваться параллельно. (Речь идет о передаче данных одновременно на нескольких разных несущих. — Прим. ред.) Наконец, последняя буква определяет предельно допустимую длину сегмента сети (в метрах).
Последняя часть обозначения, не очень полезна, поскольку не всегда содержит точные сведения. Например, в сети 10Base2 длина сегмента фактически не может превышать 185 метров. Но на этом месте не всегда может стоять число, иногда здесь указывается тип кабеля, например, 100BaseT (витая пара) или 100BaseF (оптоволоконный кабель). Тем не менее, если вы когда-либо задавались вопросом, почему сеть 10Base2 названа именно так, то теперь вы получили ответ.

Примечание:
Независимо от типа физической топологии, в сети Ethernet всегда используют логическую шинную топологию, означающую, что все кабели LAN - часть одного и того же тракта передачи данных и доступны всем сетевым PC.

Независимо от типа сети, наиболее примечательной особенностью стандарта 802. Зn является метод множественного доступа с контролем несущей частоты и обнаружением конфликтов (CSMA/CD — Carrier Sensing Multiple Access with Collision Detection). Метод множественного доступа с контролем несущей частоты и обнаружением конфликтов — совершенно невозможно выговорить, не правда ли? Название отражает самую суть наибольшей проблемы сетей Ethernet, коротко описанную ранее: как можно одновременно посылать через сеть огромное количество информации без всяких конфликтов?
Краткий ответ таков: невозможно. Однако этот ответ не такая уж большая неприятность: Ethernet рассчитана на возникновение конфликтов время от времени. Чтобы разобраться в CSMA/CD давайте разобьем это название на части. Слово "Carrier" (несущая) означает: все узлы перед попыткой передачи данных "слушают" сеть чтобы определить ее состояние (свободна или занята). Слова "Multiple access" (множественный доступ) означают: все узлы сети имеют доступ к одному и тому же кабелю, т. е. выполняется широковещательная передача сигнала по всей LAN. Наконец, слова "Collision detection" означают: любой узел может определить, что другой узел начал передачу в то время, когда первый узел еще передает данные. Короче, CSMA/CD предоставляет средства, позволяющие уменьшить вероятность конфликтов между пакетами путем использования каждым PC широковещательной предварительной передачи сигнала, называемого сигналом контроля несущей (carrier-sensing signal) перед передачей данных с целью определения, не ведет ли широковещательную передачу какая-либо другая рабочая станция. Если такой передачи нет, то по результатам приема сигнала контроля несущей принимается решение "все свободно", и рабочая станция начинает передачу пакета. Однако если в результате приема сигнала контроля несущей обнаруживается передача данных другой рабочей станцией, то первая станция ожидает некоторое время, прежде чем начать широковещательную передачу.
Описанный метод позволяет избегать конфликтов до тех пор, пока сетевой трафик не слишком интенсивен и длина кабелей LAN не превышает предельного значения. Если же выполняется какое-либо из этих условий, то конфликт, скорее всего, произойдет, несмотря на использование метода CSMA/CD. Он не гарантирует передачу данных только одной рабочей станцией. Он обеспечивает лишь "молчание" всех станций перед тем, как одна из них начнет передачу. Если две рабочие станции случайно начнут передачу одновременно, то средства CSMA/CD не смогут устранить конфликт.
Если же два пакета "перекрываются", то CSMA/CD позволит избежать повторения конфликта. Как было указано ранее в этой главе, сразу после возникновения конфликта каждая рабочая станция выбирает случайное число между 1 и 2 перед повторением попытки передачи. Если две рабочие станции выберут одно и то же число, произойдет повторный конфликт при их попытке выполнить одновременную широковещательную передачу. Тогда они выберут число между 1 и 4 и сделают вторую попытку. Процесс идет до тех пор, пока рабочие станции успешно не завершат передачу своих данных или пока не выполнят 16 безуспешных попыток. Если они не смогут устранить конфликт за шестнадцать попыток, обе рабочие станции сделают паузу и предоставят шанс другим станциям выполнить передачу данных.

Совет:
Если 16 попыток не приводят к успешному выполнению передачи данных, то это означает наличие в сети некоторой неисправности. Проверьте целостность кабелей или выполните холодную перезагрузку оборудования сети.

В приведенном ниже списке перечислены диапазоны чисел, используемых при каждой повторной попытке устранения конфликта передачи.

В сети Gigabit Ethernet обеспечивается как полудуплексная передача данных для разделяемых областей сети (тех областей, в которых узлы "борются" за использование полосы пропускания сети), так и дуплексная, применяемая для неразделяемых областей, построенных по принципу "коммутатор к коммутатору". Разделяемые области, в которых для устранения конфликтов пакетов используется метод CSMA/CD, взаимодействуют несколько иначе, чем разделяемые области, содержащие более медленные сети Ethernet. Это обусловлено повышенными скоростями линии связи. Поскольку скорость сети высока, в применяемые способы синхронизации должны быть внесены изменения, иначе узлы не смогут "услышать" друг друга перед началом своей передачи. Поэтому в сетях Gigabit Ethernet для устройств, работающих в полудуплексном режиме (узлы сети), минимальный квант времени, предоставляемый каждому пакету, увеличивается от 64 до 512 байтов, т. е.
каждому узлу предоставляется окно, достаточное для передачи 512 байтов вместо 64. В пакетах с размерами менее 512 байтов свободные места будут заполнены незначащей информацией, чтобы их размеры соответствовали увеличившимся квантам времени. Поскольку укрупнение квантов времени замедляет передачу пакетов из-за более редких импульсов временных сигналов, в сети Gigabit Ethernet поддерживается групповая передача пакетов, при которой в течение одного временного кванта посылается целая группа маленьких пакетов. Однако такое изменение метода синхронизации не способствует совместимости с медленными сетями Ethernet, в частности, потому, что в дуплексных областях сети Gigabit Ethernet используется такой же 64-битовый квант времени, что и в медленных разновидностях сетей, определенных стандартом 802.3n.
Описанное выше изменение способа синхронизации сети приводит к появлению и другого усовершенствования, применимого, главным образом, для сетей Gigabit Ethernet, используемых на магистральных участках — использовании устройства, называемого буферизованным распределителем (buffered distributor). Буферизованный распределитель аналогичен концентратору, соединяющему два и более сегмента сети Gigabit Ethernet, подобно повторителю (описываемому в гл. 5). Главное отличие между буферизованным распределителем и повторителем состоит в том, что повторитель адресует пакеты во внешние сегменты сразу после их получения, в то время как распределитель может помещать полученные кадры в буфер, что позволяет эффективнее использовать имеющуюся полосу пропускания.
Вряд ли вы в ближайшем будущем увидите сеть Gigabit Ethernet, подключенную к вашим настольным рабочим системам — она слишком дорогая. Скорее всего, эта технология будет вначале использоваться для создания высокоскоростных соединений между маршрутизаторами или коммутаторами (описанными в гл. 5) в сети Ethernet. Развертывание ее для настольных рабочих систем произойдет только после снижения стоимости, как это произошло в свое время с сетью Fast Ethernet.

Использование оптоволоконных линий связи для высокоскоростных сетей

Технология Gigabit Ethernet создавалась не на пустом месте. Применяемые в ней методы обеспечения высокой скорости передачи данных по каналам линий связи сети базируются на методах, первоначально разработанных для сетей с оптоволоконными линиями связи.
Оптоволоконный канал изначально задуман как метод, стирающий различия в скорости между сетевыми аппаратными средствами и самой сетью, однако с помощью средств, отличных от обычно применяемых с этой целью. Вместо попытки сделать все части сети доступными из единого пункта (чего, фактически, пытаются достичь во всех других методах организации сети), оптоволоконные каналы физически делают все части сети единым устройством путем замещения сетевых кабелей и высокоскоростных каналов передачи данных (например, сетевых устройств с интерфейсом SCSI описанным в гл. 8) на высокоскоростные оптоволоконные каналы, сразу работающие с гигабитными скоростями. Тем самым сервер может быть подключен к жесткому диску кабелями, идущими из него через всю комнату, но при этом жесткий диск остается устройством, локально подключенным к сетевым аппаратным средствам.
В оптоволоконных каналах предполагается, что соединения могут быть трёх типов.
Первый: двухточечные, связывающие два устройства. Второй: организованы как физическое кольцо, в котором все устройства соединены вместе кольцевой связью. Третий: организованы в виде так называемой фабрики (fabric), в которой устройства одновременно являются частью физической и логической сети.
Поскольку оптоволоконные каналы — высокоуровневая и дорогостоящая технология, вам не придется часто встречаться с ними. Однако сейчас стоит обратить внимание на них как на средства, родственные методам Gigabit Ethernet и конкурирующие со SCSI-интерфейсом, поскольку они позволяют физически распределить все части сети способом, наиболее удобным для пользователей, без каких бы то ни было жестких ограничений, налагаемых параметрами каналов данных.