Содержание:
Ethernet – это наиболее распространённая технология организации локальных сетей. Стандарты Ethernet описывают реализацию двух первых уровней модели OSI – проводные соединения и электрические сигналы (физический уровень), а так же форматы блоков данных и протоколы управления доступом к сети (канальный уровень). Начнём с идеи, лежащей в основе Ethernet. Название Ethernet произошло от двух английских слов – ether (эфир) и net (сеть). Ethernet использует концепцию общего эфира. Каждый ПК посылает данные в этот эфир и указывает, кому они адресованы. Данные могут дойти до всех ПК сети, но обрабатывает их только тот ПК, которому они предназначены. Остальные ПК чужие данные игнорируют. Такая работа аналогична эфиру радиостанций. Все радиостанции транслируют свои передачи в общее электромагнитное поле – радиоэфир. Ваш радиоприёмник получает электромагнитные сигналы всех станций. Но слушаете вы не всё сразу, а ту станцию, которая вам нужна.
– наилучшее соотношение цена/скорость/возможности в сравнении со всеми другими технологиями
– возможность использовать внутренние ресурсы сетейна огромной скорости без ограничений и дополнительной оплаты
– никаких первоначальных вложений на оборудование в квартире
– независимость ни от наличия городского телефона/телевизионного кабеля, ни от их техсостояния
– существует множество дополнительных устройств для простого подключения на одну линию нескольких компьютеров и/или других устройств (игровые приставки,IP-камерывидеонаблюдения и пр.), т.к это основная и самая распространённая сетевая технология сегодня и в обозримом будущем.
– возможность получить высокоскоростные тарифы, достаточные для самых продвинутых пользователей
– возможность быстро, без проблем и дополнительных расходов на оборудование сменить провайдера
– необходимость ввода в квартиру дополнительного кабеля
Ethernet — это не один, а целое семейство стандартов, имеющих разные пользовательские характеристики.
Если за основу сравнения этих стандартов взять скорость передачи данных и максимально возможное расстояние между двумя узлами (диаметр сети), то получим такую сравнительную таблицу:
Технология Ethernet
Ethernet — на нем основаны большинство сетей в наше время. Есть большое количество технологий, позволяющих соединить компьютеры в сеть. Каждая из них была разработана в разное время и предназначена для решения определенной задачи.
Технология Ethernet охватывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный уровни. Далее будем говорить только о физическом уровне модели OSI, то есть о том, как передаются биты данных между двумя соседними устройствами.
В настоящее время для построения локальных сетей используют технологию FastEthernet, которая является новой реализацией технологии Ethernet.
Что такое Ethernet
Эта технология была разработана в 1970 г. исследовательским центром в Пало-Альто, который принадлежит корпорации Xerox, а в 1980 г. на ее основе была принята спецификация IEЕЕ 802.3.
Основной принцип работы, используемый в данной технологии, заключается в следующем. Чтобы начать передачу данных в сети, сетевой адаптер компа «прослушивает» сеть на наличие какого-либо сигнала. Если его нет, то адаптер начинает передачу данных, если же сигнал есть, то передача откладывается на определенный интервал времени. Время монопольного использования разделяемой среды одним узлом ограничивается временем передачи 1-го кадра.
Кадр — это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet. Кадр имеет фиксированный формат и наряду с полем данных содержит различную служебную информацию, к примеру адрес получателя и адрес отправителя. После того как адаптер отправителя поместил кадр в сеть, его начинают принимать все сетевые адаптеры. Каждый адаптер проводит анализ кадра, и если адрес совпадает с их собственным адресом устройства (МАС-адрес), кадр помещается во внутренний буфер сетевого адаптера, если же не совпадает, то он игнорируется.
В том случае, если два или более адаптера, «прослушав» сеть, начинают передавать данные, появляется коллизия (collision). Адаптеры, обнаружив коллизию, прекращают передачу данных, а затем, повторно «прослушав» сеть, повторяют передачу данных через разные промежутки времени.
Чтобы получить пакет данных, который рассчитан для конкретного адаптера, он должен принимать все пакеты, которые появляются в сети.
Что такое Ethernet — коллизии
Как следует из вышесказанного, при большом числе компьютеров в сети и при интенсивном обмене данными очень быстро растет число коллизий, и, как следствие, пропускная способность сети падает. Не исключен случай, когда пропускная способность может упасть до нуля. Но даже в сети где средняя нагрузка не превышает рекомендованную (30-40% от общей полосы пропускания), скорость передачи составляет 70-80% от номинальной.
Однако в настоящее время данная проблемка практически решена, ввиду того, что разработаны устройства, способные разделять потоки данных между теми писишниками, для которых эти данные предназначаются. Другими словами, трафик между портами, подключенными к передающему и принимающему сетевым адаптерам, изолируется от других портов и адаптеров. Такие устройства называются коммутаторами (switch).
Существуют различные реализации данной технологии -Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, которые могут обеспечивать скорость передачи данных 10, 100 и 1000 Мбит/с соответственно.
Стандарт IЕЕЕ 802.3 содержит несколько спецификаций, отличающихся топологией и типом используемого кабеля. К примеру, 10 BASE-5 использует толстый коаксиальный кабель, 10 BASE-2 — тонкий, а 10 BASE-F, 10 BASE-FB, 10 BASE-FL и FOIRL используют оптический кабель. Наиболее популярна спецификация IEЕЕ 802.3 100BASE-TX, в которой для организации сети используется кабель на основе неэкранированных витых пар с разъемами RJ-45.
Реализации сети Ethernet
| Параметр | Ethernet | Fast Ethernet | Gigabit Ethernet |
|---|---|---|---|
| Номинальная скорость передачи информации, Мбит/с | 10 | 100 | 1000 |
| Среда передачи | Витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно | Витая пара, оптоволокно | Витая пара, оптоволокно |
| Варианты реализации | 10 Base-2, 10 Base-T, 10 Base-5,1 Base-5,10 В road-36 | 100Base-TX, 100Base-FX, 100 Base-T4 | 1000Base-X1000Base-LX1000Base-SX1000Base-CX1000Base-T |
| Топология | Общая шина, звезда | Звезда | Звезда |
Перечисленные выше спецификации Ethernet можно описать следующим образом. Первое число в имени спецификации, указывает максимально возможную скорость передачи данных. Например «10» обозначает скорость передачи сигнала 10 Мбит/с. «Base», означает использование в стандарте Baseband-технологии
Первоначально последняя секция в названии спецификации предназначалась для отображения максимальной длины кабельного сегмента (без концентраторов и коммутаторов) в сотнях метров. Однако для удобства и более полного определения сути стандарта в его названии цифры были заменены буквами Т и F. Где Т обозначает twistedpair— витую пару, a F обозначает оптоволокно.
Таким образом, в настоящее время можно встретить сети, основанные на следующих спецификациях:
- 10Base-2 — 10 МГц Ethernet на коаксиальном кабеле с сопротивлением 50 Ом, baseband. 10Base-2 известен как «тонкий Ethernet»;
- 10Base-5 — 10MHzEthernetна стандартном (толстом) коаксильном кабеле с сопротивлением 50 Ом, baseband;
- 10Base-T — 10MHz Ethernet по кабелю витая пара;
- 100 Base-TX — 100MHz Ethernet по кабелю витая пара.
Весьма существенным преимуществом различных вариантов Ethernet является обоюдная совместимость, которая позволяет юзать их совместно в одной сети, в ряде случаев даже не изменяя существующую кабельную систему.
Полнодуплексный режим
Стандарт технологии Fast Ethernet также включает в себя рекомендации относительно обеспечения возможности полно-дуплексной работы (full—duplexmode) при подключении сетевого адаптера к коммутатору или же при непосредственном соединении коммутаторов между собой.
Суть полно-дуплексного режима заключается в возможности одновременной передачи и приема данных по каналам Тх (канал от передатчика к приемнику) и Rx(канал от приемника к передатчику), при этом скорость передачи возрастает вдвое и достигает 200 Мбит/с. На данный момент почти все производители сетевого оборудования заявляют, что их устройства обеспечивают работу в полно-дуплексном режиме, однако из-за разного толкования стандарта, в частности способов правления потоком кадров, не. всегда удается добиться корректной работы этих устройств и хороших скоростных показателей.
Технология Ethernet в своем стремительном развитии уже давно перешагнула уровень локальных сетей. Она избавилась от коллизий, получила полный дуплекс и гигабитные скорости. Широкий спектр экономически выгодных решений позволяет смело внедрять Ethernet на магистралях.
Metro Ethernet строится по трехуровневой иерархической схеме и включает ядро, уровень агрегации и уровень доступа. Ядро сети строится на высокопроизводительных коммутаторах и обеспечивает высокоскоростную передачу трафика. Уровень агрегации также создается на коммутаторах и обеспечивает агрегацию подключений уровня доступа, реализацию сервисов и сбор статистики. В зависимости от масштаба сети ядро и уровень агрегации могут быть объединены. Каналы между коммутаторами могут строиться на основе различных высокоскоростных технологий, чаще всего Gigabit Ethernet и 10-Gigabit Ethernet. При этом необходимо учитывать требования по восстановлению сети при сбое и структуру построения ядра. В ядре и на уровне агрегации обеспечивается резервирование компонентов коммутаторов, а также топологическое резервирование, что позволяет продолжать предоставление услуг при одиночных сбоях каналов и узлов. Существенного сокращения времени на восстановление можно добиться только за счет применения технологии канального уровня. Поддержка технологии EAPS — собственного протокола компании Extreme Networks, предназначеного для поддержки топологии, исключающей зацикливание трафика и ее перестроение в случае нарушений в кольцевых сетях Ethernet. Cети, использующие EAPS, обладают всеми положительным свойствами сетей SONET/SDH и Resilient Packet Ring (RPR) включая время восстановления топологии =50ms.
Уровень доступа строится по кольцевой или звездообразной схеме на коммутаторах Metro Ethernet для подключения корпоративных клиентов, офисных зданий, а также домашних и SOHO клиентов. На уровне доступа реализуется полный комплекс мер безопасности, обеспечивающих идентификацию и изоляцию клиентов, защиту инфраструктуры оператора.
Обзор технологии Ethernet
Ethernet (эзернет, от лат. aether — эфир) — пакетная технология компьютерных сетей.
Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат пакетов 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 технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.
В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать кабель витая пара и кабель оптический. Метод управления доступом — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов.
В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, а позже был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с. Появилась возможность работы в режиме полный дуплекс.
Формат кадра
Существует несколько форматов Ethernet-кадра.
Первоначальный Variant I (больше не применяется).
Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом интернет.
Novell — внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).
Кадр IEEE 802.2 LLC.
Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.
В качестве дополнения, Ethernet-кадр кадр может содержать тег IEEE 802.1Q, для идентификации VLAN к которой он адресован и IEEE 802.1p для указания приоритетности.
Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.
Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.
Разновидности Ethernet
В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах.
В этом разделе кратко описаны все официально существующие разновидности. По некоторым причинам, в дополнение к основному стандарту многие производители рекомендуют пользоваться другими запатентованными носителями — например, для увеличения расстояния между точками сети используется оптоволоконный кабель. Большинство Ethernet-карт и других устройств имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных, используя автоопределение скорости и дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра, и включается режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 — поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX, и 1000BASE-T.
Ранние модификации Ethernet
Xerox Ethernet — оригинальная технология, скорость 3Мбит/с, существовала в двух вариантах Version 1 и Version 2, формат кадра последней версии до сих пор имеет широкое применение.
0BROAD36 — широкого распространения не получил. Один из первых стандартов, позволяющий работать на больших расстояниях. Использовал технологию широкополосной модуляции, похожей на ту, что используется в кабельных модемах. В качестве среды передачи данных использовался коаксиальный кабель.
1BASE5 — также известный, как StarLAN, стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару. Работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.
10 Мбит/с Ethernet
10BASE5, IEEE 802.3 (называемый также «Толстый Ethernet») — первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель, с волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 метров.
10BASE2, IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet») — используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 200 метров, компьютеры присоединялись один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.
StarLAN 10 — Первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с. В дальнейшем, эволюционировал в стандарт 10BASE-T.
10BASE-T, IEEE 802.3i — для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров.
FOIRL — (акроним от англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базовый стандарт для технологии Ethernet, использующий для передачи данных оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без повторителя 1км.
10BASE-F, IEEE 802.3j — Основной термин для обозначения семейства 10 Mбит/с ethernet-стандартов использующих оптоволоконный кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.
10BASE-FL (Fiber Link) — Улучшенная версия стандарта FOIRL. Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.
10BASE-FB (Fiber Backbone) — Сейчас неиспользуемый стандарт, предназначался для объединения повторителей в магистраль.
10BASE-FP (Fiber Passive)- Топология «пассивная звезда», в которой не нужны повторители — никогда не применялся.
Быстрый Ethernet (100 Мбит/с) (Fast Ethernet)
100BASE-T — Общий термин для обозначения одного из трёх стандартов 100 Мбит/с ethernet, использующий в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 200-250 метров. Включает в себя 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.
100BASE-TX, IEEE 802.3u — Развитие технологии 10BASE-T, используется топология звезда, задействован кабель витая пара категории-5, в котором фактически используются 2 пары проводников, максимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с.
100BASE-T4 — 100 MБит/с ethernet по кабелю категории-3. Задействованы все 4 пары. Сейчас практически не используется. Передача данных идёт в полудуплексном режиме.
100BASE-T2 — Не используется. 100 Mбит/с ethernet через кабель категории-3. Используется только 2 пары. Поддерживается полнодуплексный режим передачи, когда сигналы распространяются в противоположных направления по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Mбит/с.
100BASE-FX — 100 Мбит/с ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексном режиме (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическому волокну и до 32 километров по одномодовому.
Гигабит Ethernet
1000BASE-T, IEEE 802.3ab — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с. Используется витая пара категории 5e или категории 6. В передаче данных участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре.
1000BASE-TX, — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с, использующий только витую пару категории 6. Практически не используется.
1000Base-X — общий термин для обозначения технологии Гигабит Ethernet, использующей в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель, включает в себя 1000BASE-SX, 1000BASE-LX и 1000BASE-CX.
1000BASE-SX, IEEE 802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.
1000BASE-LX, IEEE 802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров. Оптимизирована для дальних расстояний, при использовании одномодового волокна (до 10 километров).
1000BASE-CX — Технология Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 25 метров), используется специальный медный кабель (Экранированная витая пара (STP)) с волновым сопротивлением 150 Ом. Заменён стандартом 1000BASE-T, и сейчас не используется.
1000BASE-LH (Long Haul) — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует одномодовый оптический кабель, дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.
10 Гигабит Ethernet
Новый стандарт 10 Гигабит Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.
10GBASE-CX4 — Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand.
10GBASE-SR — Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое оптоволокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового оптоволокна (2000 МГц/км).
10GBASE-LX4 — использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому оптоволокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового оптоволокна.
10GBASE-LR и 10GBASE-ER — эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.
10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW — Эти стандарты используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.
10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 — принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует экранированную витую пару. Расстояния — до 100 метров.