Сети Ethernet и Fast Ethernet
|
|
За время, прошедшее с появления первых локальных сетей, было разработано несколько сотен самых разных сетевых технологий, однако заметное распространение получили всего несколько сетей, что связано, прежде всего, с поддержкой этих сетей известными фирмами и с высоким уровнем стандартизации принципов их организации. |
|
Далеко не всегда стандартные сети имеют рекордные характеристики, обеспечивают наиболее оптимальные режимы обмена, но большие объемы выпуска их аппаратуры и, следовательно, ее невысокая стоимость обеспечивают им огромные преимущества. |
|
Немаловажно и то, что производители программных средств также в первую очередь ориентируются на самые распространенные сети. |
|
Поэтому пользователь, выбирающий стандартные сети, имеет полную гарантию совместимости аппаратуры и программ. |
|
В настоящее время тенденция уменьшения количества типов используемых сетей все усиливается. |
|
Дело в том, что увеличение скорости передачи в локальных сетях до 100 и даже до 1000 Мбит/с требует применения самых передовых технологий, проведения серьезных и дорогих научных исследований. |
|
Естественно, это могут позволить себе только крупнейшие фирмы, которые, конечно же, поддерживают свои стандартные сети и их более совершенные разновидности. |
|
К тому же большинство потребителей уже установило у себя какие-то сети и вовсе не желает сразу и полностью заменять все сетевое оборудование на другое, пусть даже в чем-то лучшее. |
|
Поэтому в ближайшем будущем вряд ли стоит ожидать принятия принципиально новых стандартов. |
|
На рынке имеются стандартные локальные сети всех возможных топологий, так что выбор у пользователей имеется. |
|
Стандартные сети обеспечивают большой диапазон допустимых размеров сети, допустимого количества абонентов сети и, что не менее важно, большой диапазон цен на аппаратуру. |
|
Но проблема выбора той или иной сети все равно остается непростой. |
|
Ведь в отличие от программных средств, заменить которые совсем не трудно, выбранная аппаратура обычно служит многие годы, так как ее замена ведет не только к большим затратам средств, но и к необходимости перекладки кабелей, а то и к пересмотру всей системы компьютерных средств фирмы. |
|
Поэтому ошибки в выборе аппаратуры гораздо дороже ошибок в выборе программных средств. |
|
Мы остановимся в данной главе на основных особенностях аппаратуры наиболее популярных локальных сетей, что, как мы надеемся, поможет читателю сделать правильный выбор. |
|
Наибольшее распространение среди стандартных сетей получила сеть Ethernet. |
|
Впервые она появилась в 1972 году (разработчиком выступила известная фирма Xerox). |
|
Сеть оказалась довольно удачной, и вследствие этого ее в 1980 году поддержали такие крупнейшие фирмы, как DEC и Intel (объединение этих фирм, поддерживающих Ethernet, назвали DIX по первым буквам их названий). |
|
Стараниями этих фирм в 1985 году сеть Ethernet стала международным стандартом, ее приняли крупнейшие международные организации по стандартам: комитет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) и ЕСМА (European Computer Manufacturers Association). |
|
Стандарт получил название IEEE 802.3 (по-английски читается как «eight oh two dot three»). |
|
Он определяет множественный доступ к моноканалу типа «шина» с обнаружением конфликтов и контролем передачи, то есть с уже упоминавшимся методом доступа CSMA/CD. |
|
Вообще-то надо сказать, что этому стандарту удовлетворяют и некоторые другие сети, так как он не очень сильно детализирован. |
|
В результате сети стандарта IEEE 802.3 нередко несовместимы между собой как по конструктивным, так и по электрическим характеристикам. |
|
Основные характеристики стандарта IEEE 802.3 следующие: топология — шина, среда передачи - коаксиальный кабель, скорость передачи - 10 Мбит/с, максимальная длина — 5 км, максимальное количество абонентов — до 1024, длина сегмента сети - до 500 м, количество абонентов на одном сегменте — до 100, метод доступа -CSMA/CD, передача узкополосная, то есть без модуляции (моноканал). |
|
Строго говоря, между стандартами IEEE 802.3 и Ethernet существуют небольшие отличия, но о них обычно предпочитают не вспоминать. |
|
Сеть Ethernet сейчас наиболее популярна в мире (более 70 миллионов абонентов сети в 1996 году, свыше 100 миллионов абонентов в 1997 году, или более 80% рынка), и нет сомнения, что таковой она и останется в ближайшие годы. |
|
Этому в немалой степени способствовало то, что с самого начала все характеристики, параметры, протоколы сети были открыты для всех, в результате чего огромное число производителей во всем мире стали выпускать аппаратуру Ethernet, полностью совместимую между собой. |
|
В классической сети Ethernet применяется 50-омный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий). |
|
Однако в последнее время (с начала 90-х годов) все большее распространение получает версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары. |
|
Определен также стандарт для применения в сети оптоволоконного кабеля. |
|
В стандарты были внесены соответствующие добавления. |
|
В 1995 году появился стандарт на более быструю версию Ethernet, работающую на скорости 100 Мбит/с (так называемый Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u), использующую в качестве среды передачи витую пару или оптоволоконный кабель. |
|
Появилась и версия на скорость 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet, стандарт IEEE 802.3z). |
|
Помимо стандартной топологии «шина» применяются также топологии типа «пассивная звезда» и «пассивное дерево». |
|
При этом предполагается использование репитеров и пассивных (репитерных) концентраторов, соединяющих между собой различные части (сегменты) сети. |
|
В качестве сегмента может также выступать единичный абонент. |
|
Коаксиальный кабель используется для шинных сегментов, а витая пара и оптоволоконный кабель — для лучей пассивной звезды (для присоединения к концентратору одиночных компьютеров). |
|
Главное - чтобы в полученной в результате топологии не было замкнутых путей (петель). |
|
Фактически получается, что абоненты соединены в физическую шину, так как сигнал от каждого из них распространяется сразу во все стороны и не возвращается назад (как в кольце). |
|
Максимальная длина кабеля всей сети в целом (максимальный путь сигнала) теоретически может достигать 6,5 км, но практически не превышает 2,5 км. |
|
В сети Fast Ethernet не предусмотрена физическая топология «шина», используется только «пассивная звезда» или «пассивное дерево». |
|
К тому же в Fast Ethernet гораздо более жесткие требования к предельной длине сети. |
|
Ведь при увеличении в 10 раз скорости передачи и сохранении формата пакета его минимальная длина становится в десять раз короче (5,12 икс против 51,2 мкс в Ethernet). |
|
Допустимая величина двойного времени прохождения сигнала по сети уменьшается в 10 раз. |
|
Для передачи информации в сети Ethernet применяется стандартный код Манчестер-П. При этом один уровень сигнала нулевой, а другой - отрицательный, то есть постоянная составляющая сигнала не равна нулю. |
|
При отсутствии передачи потенциал в сети нулевой. |
|
Гальваническая развязка осуществляется аппаратурой адаптеров, репитеров и концентраторов. |
|
При этом приемопередатчик сети гальванически развязан от остальной аппаратуры с помощью трансформаторов и изолированного источника питания, а с кабелем сети соединен напрямую. |
|
Доступ к сети Ethernet осуществляется по случайному методу CSMA/ CD, обеспечивающему полное равноправие абонентов. |
|
В сети используются пакеты переменной длины со структурой. |
|
Длина кадра Ethernet (то есть пакета без преамбулы) должна быть не менее 512 битовых интервалов, или 51,2 мкс (именно такова предельная величина двойного времени прохождения в сети). |
|
Предусмотрена индивидуальная, групповая и широковещательная адресация. |
|
В пакет Ethernet входят следующие поля: |
|
Преамбула состоит из 8 байт, первые семь из которых представляют собой код 10101010, а последний восьмой — код 10101011. В стандарте IEEE 802.3 этот последний байт называется признаком начала кадра (SFD - Start of Frame Delimiter) и образует отдельное поле пакета. |
|
Адрес получателя (приемника) и адрес отправителя (передатчика) включают по 6 байт и строятся по стандарту, описанному в разделе 3.2. Эти адресные поля обрабатываются аппаратурой абонентов. |
|
Поле управления (L/T - Length/Type) содержит информацию о длине поля данных. |
|
Оно может также определять тип используемого протокола. |
|
Принято считать, что если значение этого поля не больше 1500, то оно определяет длину поля данных. |
|
Если же его значение больше 1500, то оно определяет тип кадра. |
|
Поле управления обрабатывается программно. |
|
Поле данных должно включать в себя от 46 до 1500 байт данных. |
|
Если пакет должен содержать менее 46 байт данных, то поле данных дополняется байтами заполнения. |
|
Согласно стандарту IEEE 802.3, в структуре пакета выделяется специальное поле заполнения (pad data - незначащие данные), которое может иметь нулевую длину, когда данных достаточно (больше 46 байт). |
|
Поле контрольной суммы (FCS — Frame Check Sequence) содержит 32-разрядную циклическую контрольную сумму пакета (CRC) и служит для проверки правильности передачи пакета. |
|
Таким образом, минимальная длина кадра (пакета без преамбулы) составляет 64 байта (512 бит). |
|
Именно эта величина определяет максимально допустимую двойную задержку распространения сигнала по сети в 512 битовых интервалов (51,2 мкс для Ethernet, 5,12 мкс для Fast Ethernet). |
|
Стандарт предполагает, что преамбула может уменьшаться при прохождении пакета через различные сетевые устройства, поэтому она не учитывается. |
|
Максимальная длина кадра равна 1518 байтам (12144 бита, то есть 1214,4 мкс для Ethernet, 121,44 мкс для Fast Ethernet). |
|
Это важно для выбора размера буферной памяти сетевого оборудования и для оценки общей загруженности сети. |
|
Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт определяет четыре основных типа среды передачи информации: |
|
10BASE5 (толстый коаксиальный кабель); |
|
10 BASE2 (тонкий коаксиальный кабель); |
|
1OBASE-T (витая пара); |
|
10BASE-FL (оптоволоконный кабель). |
|
Обозначение среды передачи включает в себя три элемента: цифра «10» означает скорость передачи 10 Мбит/с, слово BASE означает передачу в основной полосе частот (то есть без модуляции высокочастотного сигнала), а последний элемент означает допустимую длину сегмента: «5» — 500 метров, «2» - 200 метров (точнее, 185 метров) или тип линии связи: «Т» -витая пара (от английского «twisted-pair»), «F» - оптоволоконный кабель (от английского «fiber optic»). |
|
Точно так же для сети Ethernet, работающей на скорости 100 Мбит/с (Fast Ethernet) стандарт определяет три типа среды передачи: |
|
100BASE-T4 (счетверенная витая пара); |
|
100BASE-TX (сдвоенная витая пара); |
|
100BASE-FX (оптоволоконный кабель). |
|
Здесь цифра «100» означает скорость передачи 100 Мбит/с, буква «Т» означает витую пару, буква «F» — оптоволоконный кабель. |
|
Типы 1OOBASE-ТХ и 100BASE-FX иногда объединяют под именем 100BASE-X, а 100BASE-T4 и 100BASE-TX - под именем 100BASE-T. |
|
Подробнее особенности аппаратуры Ethernet, а также алгоритма управления обменом CSMA/CD и алгоритма вычисления циклической контрольной суммы (CRC) будут рассмотрены далее в специальных разделах книги. |
|
Здесь же мы только отметим, что сеть Ethernet не отличается ни рекордными характеристиками, ни оптимальными алгоритмами, она уступает по ряду параметров другим стандартным сетям. |
|
Но благодаря мощной поддержке, высочайшему уровню стандартизации, огромным объемам выпуска технических средств, Ethernet резко выделяется среди других стандартных сетей, и поэтому любую другую сетевую технологию принято сравнивать именно с Ethernet. |
