ZuboLom.ru

Сеть Ethernet

Первый вариант сети Ethernet был предложен фирмой Xerox в 1975 году. За ее основу была взята радиосеть гавайского университета ALOHA (в переводе означает "привет"). Здесь используется в качестве среды передачи коаксиальный кабель, ответвления от которого образуют древовидную структуру.

Схема Ethernet

В сети Ethernet используется шинная топология и не одна из точек сети не является главной, все ПК равноправны. В случае отказа одной WS вся сеть продолжает работать. Главной особенностью сети Ethernet является метод доступа к шине – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD). Все узлы подключены к общему кабелю и "слышат" предаваемую по нему информацию. Однако получает ее только та станция, которой она адресована. Передача осуществляется если канал свободен. Таким образом, доступ к шине осуществляется в режиме соперничества. Передача данных осуществляется пакетами переменной длины, со скоростью 10 Мбит/с.

Проблема заключается в том, что две станции могут начать передавать сообщение одновременно. Их пакеты наложатся и принять их будет невозможно. Такая ситуация специально допускается в Ethernet, исходя их особенностей загрузки канала связи в ПК (неравномерная). Сетевой адаптер Ethernet имеет встроенный приемник-передатчик (transiver), который слушает свою собственную передачу. Если он обнаруживает отличия в том, что он принимает, от того, что он передает, то он считает, что произошел конфликт. Передача откладывается, и контроллер адаптера через случайный интервал времени снова пытается повторить ее. Интервал ожидания выбирается случайно, но его среднее значение зависит от загрузки сети. Сначала оно равно времени двойного пробега по кабелю из конца в конец. Если понадобилась еще одна попытка передачи, то значение удваивается и т.д. После 16 неудачных попыток передача прекращается, и прикладная программа получает сообщение о неисправности сети. Таким образом, сеть Ethernet имеет полостью распределенное управление. Имеется только один кабель и столько устройств управления, сколько рабочих станций. L=Vt; t=L/V. Максимальная протяженность сети Ethernet определяется максимальным интервалом времени, необходимым для обнаружения конфликта. Наихудший случай имеет место, когда станция, находящаяся на одном конце сети начинает прием пакета от станции находящейся на другом конце сети. Поэтому Lmax=(2L/V) – время двойного пробега. Принято для сети Ethernet t2L=16 мкс. В этом случае максимальная длина сети Lmax=tL•c=2,4км(8•3•108•10-5). Таким образом, в наихудшем случае пакет будет передаваться 16 мкс и за это время будет передано 16мкс/10МГц=160 бит информации. Эффективность использования канала связи 90% (из-за повторной передачи маленьких пакетов). Если бы протяженность сети была больше (t2L>16 мкс) или (L>2,4 км) пришлось бы повторно предавать пакеты, которые уже передавались размером больше 160 бит. Вследствие этого эффективность использования канала была бы меньше 90%.

Конфликты в системе Ethernet


Недостаток сети Ethernet связан с недостаточной протяженностью ее по длине. Это связано с двумя факторами:

  • Электрическое затухание сигналов кабеля. (Это устраняется с помощью усилителя);
  • Конечное время распространения сигнала по кабелю V=c=300000 км/с.


В сети Ethernet сообщения всегда передаются пакетами, состоящими из целого числа слов по 16 бит. В состав пакета входят:

  • Преамбула – (64 бита). Комбинация 0 и 1, используемая для синхронизации. Используется для настройки приемника по сигналу передатчика;
  • Адрес получателя – (6 байт). Сетевой адрес адаптера ЛВС в узле, к которому направляется данный пакет. Он устанавливается изготовителем адаптера;
  • Тип – (2 байта). Это код идентифицирующий протокол более высокого уровня, который вкладывается в данный пакет. 02 – IPX, 08 – TCP;
  • Данные – (45-1600 байт). Поле для данных пакета более высоких уровней;
  • FCS – (4 байта). Циклический избыточный код (ЦИК). Это код, который исправляет ошибки;
  • Межкадровый интервал – (12 байт). Интервал между двумя последовательными пакетами (пустое место).


Формат кадра Ethernet

Стандарт сети Ethernet поддерживает три уровня OSI:

0 уровень - Физическая среда. Коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.

Физическая среда

Представляет собой длинную линию. Это когда длина волны равна длине кабеля. Свойства длинной линии проявляются, когда длина кабеля более 30м. Длина участка сети (сегмента) не более 500 м. Отдельные сегменты могут соединяться между собой с помощью повторителей, причем число сегментов не может превышать 5, потому что компьютеры подключаются параллельно, сопротивление падает, и аппаратура может выйти из строя. На концах сегментов устанавливаются терминаторы (заглушки), для устранения отраженного сигнала и образования стоячей волны, которая воспринимается как конфликт. Терминатор представляет собой резистор номиналом 50 Ом, подключаемый к средней жиле кабеля. Отсутствие терминатора, некачественное соединение, использование кабеля с другим волновым сопротивлением приводит к задержкам в работе сети (срабатывает механизм обнаружения конфликтов). Скорость передачи информации 10 Мбит/с.

1 уровень – Физический уровень. Реализует кодирование и декодирование пакетов, осуществляет передачу и прием в основной полосе частот, прослушивание шины, обнаружение конфликтов. Для передачи сигналов по кабелю в Ethernet используется Манчестерское кодирование, а сигнал имеет вид:

Виды сигналов

Для Манчестерского кода тактовая частота должна в два раза превышать частоту сигнала, то есть быть 20 МГц.

2 уровень – Канальный уровень. Обеспечивает формирование пакетов предназначенных для данной станции, обнаружение ошибок, управление вхождением в связь (предотвращение конфликтов).