Локальні мережі

Інформатика, програмування

Державний комітет з вищої освіти РФ

Рязанська державна радіотехнічна академія

Кафедра прикладної обчислювальної математики

Реферат на тему:

Локальні мережі

Виконав студент групи 743:

Кондратов В. В.

Перевірив доцент кафедри ВПМ:

Баринов В. В.

Рязань 2000

Зміст

1. Зміст 2

2. Введення 4

3. Протоколи локальних мереж 4

3.1 Структура стандартів IEEE 802.1 - 802.5 5

3.2 Протокол LLC рівня керування логічним каналом 6

4. Стандарти технології Ethernet 7

4.1 Метод доступу CSMA/CD 7

4.2 Формати кадрів технології Ethernet 10

4.3 Специфікації фізичного середовища Ethernet 12

4.4 Стандарт 10Base-5 12

4.5 Стандарт 10Base-2 13

4.6 Стандарт 10Base-T 13

4.7 Стандарт 10Base-F 14

4.8 Правило 4-х повторювачів 14

5. Стандарт Token Ring 15

5.1 Основні характеристики стандарту Token Ring 15

5.2 маркерний метод доступу до поділюваного середовищі 16

5.3 Фізична реалізація мереж Token Ring 16

6. ArcNet 17

6.1 Плати мережного інтерфейсу. 18

6.2 Активний і пасивний концентратор 18

6.3 Кабелі та роз'єми та термінатори ArcNet 18

7. Fast Ethernet 19

7.1 Fast Ethernet як розвиток класичного Ethernet'а 19

7.2 Формати кадрів технології Fast Ethernet 20

7.3 Специфікації фізичного рівня Fast Ethernet 20

7.4 Інтерфейс MII 21

7.5 Фізичний рівень 100Base-FX - багатомодове оптоволокно 21

7.6 Фізичний рівень 100Base-TХ - двухпарная кручена пара 21

7.7 Фізичний рівень 100Base-T4 - четирехпарная кручена пара 23

8. Протокол Gigabit Ethernet 23

9. FDDI 24

9.1 Історія створення стандарту FDDI 24

9.2 Основи технології FDDI 24

10. 100VG-AnyLAN 27

10.1 Загальна характеристика технології 100VG-AnyLAN 27

10.2 Структура мережі 100VG-AnyLAN 28

10.3 Стек протоколів технології 100VG-AnyLAN 29

10.4 Функції рівня MAC 29

11. Список літератури 30

Введення

Локальною обчислювальною мережею прийнято називати мережа, всі елементиякій розташовуються на порівняно невеликій території. Така мережазазвичай призначена для збору, передачі і розподіленої обробкиінформації в межах одного підприємства або організації.

Структура ЛОМ відображає в певних межах структуру обслуговуєтьсяорганізації, а тому часто має ієрархічну побудову. У ЛВСзастосовується, головним чином, пряма передача дискретної інформації, приякої цифрові сигнали, без модуляції несучої частоти (що використовується дляширокосмугової передачі по телефонних лініях) надходять у фізичний канал
(з'єднувальні кабель).

Особливістю локальних мереж є використання користувачами мережієдиного середовища передачі даних (на відміну від глобальних мереж, де великерозповсюдження отримали Сполучені типу «точка-точка»). Цим визначаєтьсянеобхідність використання специфічних методів доступу до моноканалу.

Протоколи локальних мереж

При організації взаємодії вузлів в локальних мережах основна рольвідводиться протоколу канального рівня. Однак, для того, щоб канальнийрівень міг впоратися з цим завданням, структура локальних мереж повиннабути цілком певної, так, наприклад, найбільш популярний протоколканального рівня - Ethernet - розрахований на паралельне підключення всіхвузлів мережі до загальної для них шини - відрізка коаксіального кабелю. Протокол
Token Ring також розрахований на цілком певну конфігурацію зв'язків міжкомп'ютерами - з'єднання в кільце.

Подібний підхід, що полягає у використанні простих структуркабельних з'єднань між комп'ютерами локальної мережі, був наслідкомосновної мети, яку ставили перед собою розробники перших локальнихмереж у другій половині 70-х років. Ця мета полягала у знаходженніпростого і дешевого рішення для об'єднання декількох десятківкомп'ютерів, що знаходяться в межах одного будинку, в обчислювальну мережу.
Рішення повинне було бути недорогим, тому що в мережу об'єднувалисянедорогі комп'ютери - з'явилися і швидко розповсюдилися тодімінікомп'ютери вартістю в 10 000 - 20 000 доларів. Кількість їх в однійорганізації була невеликою, тому межа у кілька десятків (максимум --до сотні) комп'ютерів представлявся цілком достатнім для зростанняпрактично будь-якої локальної мережі.

Для спрощення і, відповідно, здешевлення апаратних і програмнихрішень розробники перших локальних мереж зупинилися на спільномувикористання кабелів всіма комп'ютерами мережі в режимі поділу часу.
Найбільш явним чином режим спільного використання кабелю виявляється вмережах Ethernet, де коаксіальний кабель фізично являє собоюнеподільний відрізок кабелю, загальний для всіх вузлів мережі. Але й у мережах Token
Ring і FDDI, де кожна сусідня пара комп'ютерів сполучена, здавалося б,своїми індивідуальними відрізками кабелю, ці відрізки не можутьвикористовуватися комп'ютерами, які безпосередньо до них підключені, вдовільний момент часу. Ці відрізки утворюють кільце, доступ до якогояк до єдиного цілого може бути отриманий тільки за цілком певногоалгоритму, в якому беруть участь всі комп'ютери мережі. Використання кільцяяк загального розділяється ресурсу спрощує алгоритми передачі по ньому кадрів,тому що в кожен конкретний момент часу кільце використовується тільки однимкомп'ютером.

Такий підхід дозволяє спростити логіку роботи мережі. Наприклад, відпадаєнеобхідність контролю переповнення вузлів мережі кадрами від багатьох станцій,що вирішили одночасно обмінятися інформацією. У глобальних мережах, девідрізки кабелів, що з'єднують окремі вузли, які не розглядаються як загальнийресурс, така необхідність виникає, і для вирішення цієї проблеми валгоритми обміну інформацією вводяться досить складні процедури,запобігають переповнення каналів зв'язку та вузлів мережі.

Використання в локальних мережах дуже простих конфігурацій (загальна шина ікільце) поряд з позитивними мав і негативні сторони, з якихнайбільш неприємними були обмеження по продуктивності і надійності.
Наявність тільки одного шляху передачі інформації, розділяється всіма вузламимережі, в принципі обмежувало пропускну здатність мережі пропускноїздатністю цього шляху (до того ж поділеної на число комп'ютерів мережі),а надійність мережі - надійністю цього шляху. Тому у міру підвищенняпопулярності локальних мереж і розширення їхніх сфер застосування все більшестали застосовуватися спеціальні комунікаційні пристрої - мости імаршрутизатори - які значною мірою знімали обмеженняєдиною розділяється середовища передачі даних. Базові конфігурації вформі загальної шини та кільця перетворилися на елементарні структури локальнихмереж, які тепер можна з'єднувати один з одним більш складним чином,утворюючи паралельні основні або резервні шляху між вузлами.

Тим не менше, всередині базових структур, як і раніше працюють всі ті жпротоколи поділюваних єдиних серед передачі даних, які булирозроблені більше 15 років тому. Це пов'язано з тим, що гарні швидкісні інадежностние характеристики кабелів локальних мереж задовольняли протягомвсіх цих років користувачів невеликих комп'ютерних мереж, які моглипобудувати мережу без великих витрат тільки за допомогою мережевих адаптерів ікабелю. До того ж колосальна інсталяційна база обладнання тапрограмного забезпечення для протоколів Ethernet і Token Ringсприяла тому, що склався ось такий підхід - в межах невеликихсегментів використовуються старі протоколи в їх незмінному вигляді, а об'єднаннятаких сегментів у загальну мережу відбувається за допомогою додаткового ідосить складного обладнання.

В останні кілька років намітилося рух до відмови від використанняв локальних мережах розділяються серед передачі даних і переходу дообов'язковому використанню між станціями активних комутаторів, дояким кінцеві вузли приєднуються індивідуальними лініями зв'язку. Учистому вигляді такий підхід пропонується в технології ATM (Asynchronous
Transfer Mode), а змішаний підхід, що поєднує колективні та індивідуальнісередовища передачі даних, що використовується в технологіях, що носять традиційніназви з приставкою switching (комутуючих): switching Ethernet,switching Token Ring, switching FDDI.

Але, незважаючи на появу нових технологій, класичні протоколилокальних мереж Ethernet і Token Ring за прогнозами фахівців будутьповсюдно використовуватися ще принаймні років 5 - 10.

1 Структура стандартів IEEE 802.1 - 802.5

У 1980 році в інституті IEEE був організований "Комітет 802 постандартизації локальних мереж ", в результаті роботи якого було прийнятосімейство стандартів IEEE 802.х, які містять рекомендації дляпроектування нижніх рівнів локальних мереж. Пізніше результати його роботилягли в основу комплексу міжнародних стандартів ISO 8802-1 ... 5. Цістандарти були створені на основі дуже поширених фірмовихстандартів мереж Ethernet, ArcNet і Token Ring.

(Крім IEEE в роботі по стандартизації протоколів локальних мережбрали участь і інші організації. Так для мереж, що працюють наоптоволокні, американським інститутом з стандартизації ANSI був розробленийстандарт FDDI, що забезпечує швидкість передачі даних 100 Мб/с. Роботи зстандартизації протоколів ведуться також асоціацією ECMA (European Computer
Manufacturers Association), якою прийняті стандарти ECMA-80, 81, 82 длялокальної мережі типу Ethernet і згодом стандарти ECMA-89, 90 за методомпередачі маркера.)

Стандарти сімейства IEEE 802.x охоплюють тільки два нижніх рівнісеміуровней моделі OSI - фізичний і канальний. Це пов'язано з тим, щосаме ці рівні найбільшою мірою відбивають специфіку локальних мереж.
Старші ж рівні, починаючи з мережного, значною мірою мають спільніриси як для локальних, так і для глобальних мереж.

Специфіка локальних мереж знайшла також своє відображення у поділіканального рівня на два підрівня:

. підрівень управління доступом до середовища (Media Access Control, MAC)

. підрівень логічної передачі даних (Logical Link Control, LLC).

MAC-рівень з'явився через існування в локальних мережах розділяєтьсясередовища передачі даних. Саме цей рівень забезпечує коректнеспільне використання загального середовища, надаючи її відповідно допевним алгоритмом в розпорядження тієї чи іншої станції мережі. Післятого, як доступ до середовища отримано, нею може користуватися наступнийпідрівень, що організує надійну передачу логічних одиниць даних --кадрів інформації. У сучасних локальних мережах набули поширеннядекілька протоколів MAC-рівня, що реалізують різні алгоритми доступу дорозділяється середовищі. Ці протоколи повністю визначають специфіку такихтехнологій як Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Рівень LLC відповідає за достовірну передачу кадрів даних між вузлами,а також реалізує функції інтерфейсу з прилеглим до нього мережним рівнем.
Для рівня LLC також існує кілька варіантів протоколів,що відрізняються наявністю або відсутністю на цьому рівні процедурвідновлення кадрів у разі їх втрати або викривлення, тобтовідрізняються якістю транспортних послуг цього рівня.

Протоколи рівнів MAC і LLC взаємно незалежні - кожен протокол MAC -рівня може застосовуватися з будь-яким типом протоколу LLC-рівня і навпаки.

Стандарт IEEE 802 містить декілька розділів:

У розділі 802.1 наводяться основні поняття і визначення, загальніхарактеристики та вимоги до локальних мереж.

Розділ 802.2 визначає підрівень керування логічним каналом LLC.

Розділи 802.3 - 802.5 регламентують специфікації різних протоколівпідрівня доступу до середовища MAC та їх зв'язок з рівнем LLC:

. стандарт 802.3 описує колективний доступ з впізнання несучої і виявленням конфліктів (Carrier sense multiple access with collision detection - CSMA/CD), прототипом якого є метод доступу стандарту Ethernet;

. стандарт 802.4 визначає метод доступу до шини з передачею маркера

(Token bus network), прототип - ArcNet;

. стандарт 802.5 описує метод доступу до кільця з передачею маркера

(Token ring network), прототип - Token Ring.

Для кожного з цих стандартів визначені специфікації фізичногорівня, що визначають середу передачі даних (коаксіальний кабель, вита параабо оптичне волокно), її параметри, а також методи кодуванняінформації для передачі по даному середовищі.

Всі методи доступу використовують протоколи рівня управління логічнимканалом LLC, описаним у стандарті 802.2.

2 Протокол LLC рівня керування логічним каналом

В основу протоколу LLC покладено протокол HDLC (High-level Data Link
Control Procedure), що широко використовується в територіальних мережах.

Відповідно до стандарту 802.2 рівень керування логічним каналом
LLC надає верхнім рівням три типи процедур:

LLC1 - сервіс без встановлення з'єднання і без підтвердження;

LLC2 - сервіс з встановленням з'єднання і підтвердженням;

LLC3 -- сервіс без встановлення з'єднання, але з підтвердженням.

Цей набір процедур є загальним для всіх методів доступу до середовища,визначених стандартами 802.3-802.5.

Сервіс без встановлення з'єднання і без підтвердження LLC1 даєкористувачеві засоби для передачі даних з мінімумом витрат. Зазвичай,цей вид сервісу використовується тоді, коли такі функції як відновленняданих після помилок і впорядкування даних виконуються протоколамиверхніх рівнів, тому немає потреби дублювати їх на рівні LLC.

Сервіс з встановленням з'єднань і з підтвердженням LLC2 даєкористувачеві можливість встановити логічне з'єднання перед початкомпередачі будь-якого блоку даних і, якщо це потрібно, виконати процедуривідновлення після помилок і впорядкування потоку цих блоків у рамкахвстановленого з'єднання. Протокол LLC2 багато в чому аналогічний протоколамисімейства HDLC (LAP-B, LAP-D, LAP-M), які застосовуються в глобальнихмережах для забезпечення надійної передачі кадрів на зашумленних лініях.

У деяких випадках (наприклад, при використанні мереж в системахреального часу, що керують промисловими об'єктами), коли тимчасовівитрати встановлення логічного з'єднання перед відправленням данихнеприйнятні, а підтвердження коректності прийому переданих данихнеобхідно, базовий сервіс без встановлення з'єднання і без підтвердженняне підходить. Для таких випадків передбачений додатковий сервіс,званий сервісом без встановлення з'єднання, але з підтвердженням LLC3.

Найчастіше в локальних мережах використовуються протоколи LLC1. Цепояснюється тим, що кабельні канали локальних мереж забезпечують низькувірогідність спотворень біт і втрати кадрів. Тому, використанняпідвищує надійність обміну протоколу LLC2 часто призводить до невиправданоїнадмірності, тільки сповільнює загальну пропускну здатність стекакомунікаційних протоколів. Тим не менше, інколи протокол LLC2 застосовуєтьсяі в локальних мережах. Так, цей протокол використовується стеком SNA у томувипадку, коли мейнфреми або мінікомп'ютери IBM взаємодіють через мережі
Token Ring. Протокол LLC2 використовується також компанією Hewlett-Packard втому випадку, коли принтери підключається до мережі Ethernet безпосередньо, задопомогою вбудованих мережевих адаптерів.

Стандарти технології Ethernet

Ethernet - це найпоширеніший на сьогоднішній день стандартлокальних мереж. Загальна кількість мереж, що використовують в даний час
Ethernet, оцінюється в 5 мільйонів, а кількість комп'ютерів, що працюють звстановленими мережевими адаптерами Ethernet - у 50 мільйонів.

Коли говорять Ethernet, то під цим звичайно розуміють будь-який з варіантівцієї технології. У більш вузькому сенсі, Ethernet - це мережевий стандарт,заснований на технологіях експериментальної мережі Ethernet Network, якуфірма Xerox розробила і реалізувала в 1975 році (ще до появиперсонального комп'ютера). Метод доступу був випробуваний ще раніше: подругій половині 60-х років у радіомережі Гавайського університетувикористовувалися різні варіанти випадкового доступу до загальної радіосреде,які отримали загальну назву Aloha. У 1980 році фірми DEC, Intel і Xeroxспільно розробили й опублікували стандарт Ethernet версії II для мережі,побудованої на основі коаксіального кабелю. Тому стандарт Ethernetіноді називають стандартом DIX по заголовним літерах назв фірм.

На основі стандарту Ethernet DIX був розроблений стандарт IEEE 802.3,який багато в чому збігається зі своїм попередником, але деяківідмінності все ж є. У той час, як у стандарті IEEE 802.3 розрізняютьсярівні MAC і LLC, в оригінальному Ethernet обидва ці рівня об'єднані вєдиний канальний рівень. У Ethernet визначається протокол тестуванняконфігурації (Ethernet Configuration Test Protocol), який відсутній в
IEEE 802.3. Дещо відрізняється і формат кадру, хоча мінімальні імаксимальні розміри кадрів у цих стандартах збігаються.

Залежно від типу фізичного середовища стандарт IEEE 802.3 маєрізні модифікації --10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F.

Для передачі двійкової інформації по кабелю для всіх варіантівфізичного рівня технології Ethernet використовується манчестерський код.

Всі види стандартів Ethernet використовують один і той же метод поділусередовища передачі даних - метод CSMA/CD.

1 Метод доступу CSMA/CD

У мережах Ethernet використовується метод доступу до середовища передачі даних,званий методом колективного доступу з впізнання несучої івиявленням колізій (carrier-sense-multiply-access with collisiondetection, CSMA/CD).

Метод CSMA/CD визначає основні часові і логічні співвідношення,гарантують коректну роботу всіх станцій в мережі:

Між двома послідовно передаються по загальній шині кадрамиінформації повинна витримуватися пауза в 9.6 мкс; ця пауза потрібна дляприведення в початковий стан мережевих адаптерів вузлів, а також длязапобігання монопольного захоплення середовища передачі даних однією станцією.

При виявленні колізії (умови її виявлення залежать від застосовуваноїфізичного середовища) станція видає в середу спеціальну 32-х бітнупослідовність (jam-послідовність), посилює явище колізіїдля більш надійного розпізнавання її усіма вузлами мережі.

Після виявлення колізії кожен вузол, який передавав кадр ізіткнувся з колізією, після деякої затримки намагається повторно передатисвій кадр. Вузол робить максимально 16 спроб передачі цього кадруінформації, після чого відмовляється від його передачі. Величина затримкивибирається як рівномірно розподілене випадкове число з інтервалу,довжина якого експоненціально збільшується з кожною спробою. Такийалгоритм вибору величини затримки знижує ймовірність колізій і зменшуєінтенсивність видачі кадрів в мережу при її високою завантаженні.

Чітке розпізнавання колізій всіма станціями мережі є необхідноюумовою коректної роботи мережі Ethernet. Якщо яка-небудь передавальнастанція не розпізнає колізію і вирішить, що кадр даних нею переданий вірно,то цей кадр даних буде втрачено, тому що інформація кадру спотвориться черезнакладання сигналів при колізії, він буде відбраковані приймаючої станцією
(швидше за все через неспівпадіння контрольної суми). Звичайно, швидше за всеперекручена інформація буде повторно передано будь-яким протоколомверхнього рівня, наприклад, транспортним або прикладним, що працюють звстановленням з'єднання і нумерацією своїх повідомлень. Але повторнапередача повідомлення протоколами верхніх рівнів відбудеться через набагатобільш тривалий проміжок часу (десятки секунд) в порівнянні змікросекунднимі інтервалами, якими оперує протокол Ethernet. Тому,якщо колізії не будуть надійно розпізнаватися вузлами мережі Ethernet, то цепризведе до помітного зниження корисної пропускної спроможності даної мережі.

Всі параметри протоколу Ethernet підібрані таким чином, щоб принормальної роботи вузлів мережі колізії завжди чітко розпізнавалися. Самедля цього мінімальна довжина поля даних кадру повинна бути не менш 46 байт
(що разом із службовими полями дає мінімальну довжину кадру в 72 байтиабо 576 біт). Довжина кабельної системи вибирається таким чином, щоб зачас передачі кадру мінімальної довжини сигнал колізії встиг бипоширитися до самого далекого вузла мережі. Тому для швидкостіпередачі даних 10 Мб/с, яка використовується в стандартах Ethernet, максимальневідстань між будь-якими двома вузлами мережі не повинно перевищувати 2500 метрів.

Зі збільшенням швидкості передачі кадрів, що має місце в новихстандартах, які базуються на тому ж методі доступу CSMA/CD, наприклад, Fast
Ethernet, максимальна довжина мережі зменшується пропорційно до збільшенняшвидкості передачі. У стандарті Fast Ethernet вона становить 210 м, а вгігабітним Ethernet обмежена 25 метрами.

Незалежно від реалізації фізичного середовища, всі мережі Ethernet повиннізадовольняти двом обмеженням, пов'язаним з методом доступу:

. максимальна відстань між двома будь-якими вузлами не повинно перевищувати

2500 м,

. в мережі не повинно бути більше 1024 вузлів.

Крім того, кожен варіант фізичного середовища додає до цихобмеженням свої обмеження, які також повинні виконуватися.

Уточнимо основні параметри операцій передачі і прийому кадрів Ethernet,коротко описані вище.

Станція, яка хоче передати кадр, повинна спочатку за допомогою MAC-сайтуупакувати дані в кадр відповідного формату. Потім для запобіганнязмішання сигналів з сигналами інший передавальної станції, MAC-вузол повиненпрослуховувати електричні сигнали на кабелі і в разі виявлення несучоїчастоти 10 МГц відкласти передачу свого кадру. Після закінчення передачі покабелю станція повинна почекати невелику додаткову паузу, звануміжкадрових інтервалом (interframe gap), що дозволяє вузлу призначенняприйняти і обробити переданий кадр, і після цього почати передачусвого кадру.

Одночасно з передачею бітів кадру приймально-передавальний пристрій вузластежить за прийнятими по загальному кабелю битами, щоб вчасно виявитиколізію. Якщо колізія не виявлено, то передається весь кадр, поле чого
MAC-рівень вузла готовий прийняти кадр з мережі або від LLC-рівня.

Якщо ж фіксується колізія, то MAC-вузол припиняє передачу кадру іпосилає jam-послідовність, посилює стан колізії. Післяпосилки в мережу jam-послідовності MAC-вузол робить випадкову паузу іповторно намагається передати свій кадр.

У разі повторних колізій існує максимально можливе числоспроб повторної передачі кадру (attempt limit), яке дорівнює 16. Придосягненні цієї межі фіксується помилка передачі кадру, повідомлення проякій передається протоколу верхнього рівня.

Для того, щоб зменшити інтенсивність колізій, кожен MAC-вузол зкожною новою спробою випадковим чином збільшує тривалість паузиміж спробами. Тимчасове розклад тривалості паузи визначається наоснові усіченого двійкового експоненціального алгоритму відстрочки (truncatedbinary exponential backoff). Пауза завжди складає ціле число такзваних інтервалів відстрочки.

Інтервал відстрочки (slot time) - це час, протягом якого станціягарантовано може дізнатися, що в мережі немає колізії. Цей час тіснопов'язане з іншим важливим тимчасовим параметром мережі - вікном колізій
(collision window). Вікно колізій одно часу двократного проходженнясигналу між самими віддаленими вузлами мережі - найгіршим нагоди затримки,при якій станція ще може виявити, що сталася колізія. Інтервалвідстрочки вибирається рівним величині вікна колізій плюс деякадодаткова величина затримки для гарантії: інтервал відстрочки = вікно колізій + додаткова затримка

У стандартах 802.3 більшість часових інтервалів вимірюється вкількості межбітових інтервалів, величина яких для бітової швидкості 10
Мб/с складає 0.1 мкс і дорівнює часу передачі одного біта.

Величина інтервалу відстрочки в стандарті 802.3 визначена рівною 512двійкового інтервалах, і ця величина розрахована для максимальної довжиникоаксіального кабелю в 2.5 км. Величина 512 визначає і мінімальну довжинукадру в 64 байти, тому що при кадрах меншої довжини станція може передатикадр і не встигнути помітити факт виникнення колізії через те, щоспотворені колізією сигнали дійдуть до станції в найгіршому випадку післязавершення передачі. Такий кадр буде просто втрачено.

Час паузи після N-ої колізії вважається рівною L інтервалам відстрочки,де L - випадкове ціле число, рівномірно розподілене в діапазоні [0,
2N]. Величина діапазону росте тільки до 10 спроби (нагадаємо, що їх неможе бути більше 16), а далі діапазон залишається рівним [0, 210], тобто
[0, 1024]. Значення основних параметрів процедури передачі кадру стандарту
802.3 наведено в таблиці 1.

З огляду на наведені параметри, неважко розрахувати максимальнупродуктивність сегмента Ethernet у таких одиницях, як число переданихпакетів мінімальної довжини в секунду (packets-per-second, pps). Кількістьоброблюваних пакетів Ethernet у секунду часто використовується при вказівцівнутрішньої продуктивності мостів і маршрутизаторів, що вносятьдодаткові затримки при обміні між вузлами. Тому цікаво знатичистий максимальну продуктивність сегмента Ethernet в ідеальномувипадку, коли на кабелі немає колізій і немає додаткових затримок,внесених мостами і маршрутизаторами.

Так як розмір пакету мінімальної довжини разом із преамбулою складає
64 +8 = 72 байта або 576 бітів, то на його передачу витрачається 57.6 мкс.
Додавши міжкадровий інтервал у 9.6 мкс, отримуємо, що період проходженнямінімальних пакетів дорівнює 67.2 мкс. Це відповідає максимально можливоїпропускної здатності сегмента Ethernet у 14880 п/с.

2 Формати кадрів технології Ethernet

Стандарт на технологію Ethernet, описаний в документі 802.3, даєопис єдиного формату кадру МАС-рівня. Так як в кадр МАС-рівняповинен вкладатися кадр рівня LLC, описаний в документі 802.2, то постандартами IEEE у мережі Ethernet може використовуватися тільки єдинийваріант кадру канального рівня, утворений комбінацією заголовків МАС і
LLC підрівнів. Проте, на практиці в мережах Ethernet на канальномурівні використовуються заголовки 4-х типів. Це пов'язано з тривалою історієюрозвитку технології Ethernet до прийняття стандартів IEEE 802, колипідрівень LLC не виділявся з загального протоколу і, відповідно,заголовок LLC не застосовувався. Потім, після прийняття стандартів IEEE іпояви двох несумісних форматів кадрів канального рівня, булазроблена спроба приведення цих форматів до деякого спільного знаменника,що призвело до ще одного варіанту кадру.

Відмінності у форматах кадрів можуть іноді призводити до несумісностіапаратури, розрахованої на роботу тільки з одним стандартом, хочабільшість пристроїв, мостів і маршрутизаторів вміє працювати звсіма використовуваними на практиці форматами кадрів технології Ethernet.

Нижче наводиться опис усіх чотирьох модифікацій заголовків кадрів
Ethernet (причому під заголовком кадру розуміється весь набір полів, яківідносяться до канального рівня):

. Кадр 802.3/LLC (або кадр Novell 802.2)

. Кадр Raw 802.3 (або кадр Novell 802.3)

. Кадр Ethernet DIX (або кадр Ethernet II)

. Кадр Ethernet SNAP

Заголовок кадру 802.3/LLC є результатом об'єднання полівзаголовків кадрів, визначених в стандартах 802.3 і 802.2.

Стандарт 802.3 визначає вісім полів заголовка:

Поле преамбули складається з семи байтів синхронізуючих даних. Коженбайт містить одну і ту ж послідовність бітів - 10101010. Приманчестерському кодуванні ця комбінація представляється у фізичному середовищіперіодичним хвильовим сигналом. Преамбула використовується для того, щобдати час і можливість схемами прийомопередавачів (transceiver) прийти встійкий синхронізм з прийнятими тактовими сигналами.

Початковий обмежувач кадру складається з одного байти з набором бітів
10101011. Поява цієї комбінації є вказівкою на майбутній прийомкадру.

Адреса одержувача - може бути довжиною 2 або 6 байтів (MAC-адресаодержувача). Перший біт адреси одержувача - це ознака того, єадреса індивідуальним або груповим: якщо 0, то адреса вказує напевну станцію, якщо 1, то це груповий адресу кількох (можливовсіх) станцій мережі. При широкомовної адресації все біти поля адресивстановлюються в 1. Загальноприйнятим є використання 6-байтовихадрес.

Адреса відправника - 2-х або 6-ти байтове поле, що містить адресу станціївідправника. Перший біт - завжди має значення 0.

багатобайтових поле довжини визначає довжину поля даних у кадрі.

Поле даних може містити від 0 до 1500 байт. Але якщо довжина поля менше
46 байт, то використовується наступне поле - поле заповнення, щоб доповнитикадр до мінімально допустимої довжини.

Поле заповнення складається з такої кількості байт заповнювачів,яке забезпечує певну мінімальну довжину поля даних (46 байт).
Це забезпечує коректну роботу механізму виявлення колізій. Якщодовжина поля даних достатня, то поле заповнення в кадрі не з'являється.

Поле контрольної суми - 4 байти, що містять значення, якеобчислюється за певним алгоритмом (Поліна CRC-32). Після отриманнякадру робоча станція виконує власне обчислення контрольної сумидля цього кадру, порівнює отримане значення зі значенням поляконтрольної суми і, таким чином, визначає, не перекручений чи отриманийкадр.

Кадр 802.3 є кадром Maс-підрівня, відповідно до стандарту
802.2 в його поле даних вкладається кадр підрівня LLC з віддаленимипрапорами початку і кінця кадру. Формат кадру LLC був описаний вище.

Розглянемо кадр, який називають кадром Raw 802.3 (тобто "грубий"варіант 802.3) або ж кадром Novell 802.3. Це кадр MAC-підрівня стандарту
802.3, але без вкладеного кадру підрівня LLC. Компанія Novell довгий часне використовувала службові поля кадру LLC у свою операційну систему
NetWare через відсутність необхідності ідентифікувати тип інформації,вкладеної в поле даних - там завжди знаходився пакет протоколу IPX, довгийчас колишнього єдиним протоколом мережного рівня в ОС NetWare.

Тепер, коли необхідність ідентифікації протоколу верхнього рівняз'явилася, компанія Novell стала використовувати можливість інкапсуляції вкадр MAC-підрівня кадру LLC, тобто використовувати стандартні кадри
802.3/LLC. Такий кадр компанія позначає тепер у своїх операційнихсистемах як кадр 802.2, хоча він є комбінацією заголовків 802.3 і
802.2.

Кадр стандарту Ethernet DIX, званий також кадром Ethernet II, схожийна кадр Raw 802.3 тим, що він також не використовує заголовки підрівня LLC,але відрізняється тим, що на місці поля довжини в ньому визначено поле типупротоколу (поле Type). Це поле призначене для тих самих цілей, що й поля
DSAP і SSAP кадру LLC - для вказівки типу протоколу верхнього рівня,що вклав свій пакет в поле даних цього кадру. Для кодування типупротоколу використовуються значення, що перевищують значення максимальної довжиниполя даних, що дорівнює 1500, тому кадри Ethernet II і 802.3 легкопомітні.

Ще одним популярним форматом кадру є кадр Ethernet SNAP (SNAP -
SubNetwork Access Protocol, протокол доступу до підмереж). Кадр Ethernet
SNAP визначений у стандарті 802.2H і являє собою розширення кадру
802.3 шляхом введення додаткового поля ідентифікатора організації,що може використовуватися для обмеження доступу до мережі комп'ютерівінших організацій.

У таблиці 2 наведено дані про те, які типи кадрів Ethernet зазвичайпідтримують реалізації популярних протоколів мережного рівня.

3 Специфікації фізичного середовища Ethernet

Історично першою мережі технології Ethernet були створені на коаксіальномукабелі діаметром 0.5 дюйма. Надалі були визначені й іншіспецифікації фізичного рівня для стандарту Ethernet, що дозволяютьвикористовувати різні середовища передачі даних як загальної шини. Методдоступу CSMA/CD і всі тимчасові параметри Ethernet залишаються одними і тимиж для будь-якої специфікації фізичного середовища.

Фізичні специфікації технології Ethernet на сьогоднішній день включаютьнаступні середовища передачі даних:

10Base-5 - коаксіальний кабель діаметром 0.5 дюйма, званий "товстим"коаксіалі. Має хвильовий опір 50 Ом. Максимальна довжина сегмента
- 500 метрів (без повторювачів).

10Base-2 - коаксіальний кабель діаметром 0.25 дюйма, званий "тонким"коаксіалі. Має хвильовий опір 50 Ом. Максимальна довжина сегмента
- 185 метрів (без повторювачів).

10Base-T - кабель на основі неекранованої витої пари (Unshielded
Twisted Pair, UTP). Утворює зіркоподібну топологію з концентратором.
Відстань між концентратором і кінцевим вузлом - не більше 100 м.

10Base-F - оптичне волокно. Топологія аналогічна стандарту накручений парі. Є декілька варіантів цієї специфікації - FOIRL, 10Base-
FL, 10Base-FB.

Число 10 означає бітову швидкість передачі даних цих стандартів -
10 Мб/с, а слово Base - метод передачі на одній базовій частоті 10 МГц (ввідміну від стандартів, що використовують кілька несучих частот, якіназиваються broadband - широкосмуговими).

4 Стандарт 10Base-5

Стандарт 10Base-5 відповідає експеримен?? ментальною мережі Ethernet фірми
Xerox і може вважатися класичним Ethernet'ом. Він використовує яксередовища передачі даних коаксіальний кабель з діаметром центрального мідногопроводи 2,17 мм і зовнішнім діаметром близько 10 мм ( "товстий" Ethernet).

Кабель використовується як моноканал для всіх станцій. Сегмент кабелю маємаксимальну довжину 500 м (без повторювачів) і повинен мати на кінцяхпогоджують термінатори опором 50 Ом, що поглинаютьрозповсюджуються по кабелю сигнали і перешкоджають виникненнювідображених сигналів.

Станція повинна підключатися до кабелю за допомогою приймача --трансівера. Трансивер встановлюється безпосередньо на кабелі і харчуєтьсявід мережевого адаптера комп'ютера (мал. 6). Трансивер може приєднуватися докабелю як методом проколювання, що забезпечує безпосередній фізичнийконтакт, так і безконтактним методом. рансівер з'єднується з мережним адаптером інтерфейсним кабелем AUI
(Attachment Unit Interface) довжиною до 50 м, що складається з 4 кручених пар
(адаптер повинен мати роз'єм AUI). Допускається підключення до одногосегменту не більше 100 трансіверов, причому відстань між з'єднаннямитрансіверов НЕ дожно бути менше 2.5 м.

Трансивер - це частина мережного адаптера, що виконує наступніфункції:

. прийом та передача даних з кабелю на кабель,

. визначення колізій на кабелі,

. електрична розв'язка між кабелем і іншою частиною адаптера,

. захист кабелю від некоректної роботи адаптера.

Останню функцію часто називають контролем балакучості (jabber control).
При виникненні несправностей в адаптері може виникнути ситуація,коли на кабель буде безперервно видаватися послідовність випадковихсигналів. Тому що кабель - це загальна середовище для всіх станцій, то робота мережібуде заблокована одним несправним адаптером. Щоб цього не сталося,на виході передавача ставиться схема, яка перевіряє кількість бітів,переданих у пакеті. Якщо максимальна довжина пакета перевищується, то цясхема просто від'єднує вихід передавача від кабелю.

Детектор колізій визначає наявність колізії в коаксіальному кабелі попідвищеному рівню постійної складової сигналів. Якщо постійнаскладова перевищує певний поріг, то значить на кабель працюєбільше ніж один передавач.

До переваг стандарту 10Base-5 відносяться:

. гарна захищеність кабелю від зовнішніх впливів,

. порівняно велика відстань між вузлами,

. можливість простого переміщення робочої станції в межах довжини кабелю AUI.

До недоліків слід віднести:

. високу вартість кабелю,

. складність його прокладки з-за великої твердості,

. наявність спеціального інструмента для закладення кабелю,

. при ушкодженні кабелю чи поганому з'єднанні відбувається зупинка роботи всієї мережі,

. необхідно заздалегідь передбачити підведення кабелю до всіх можливих місць установки комп'ютерів.

5 Стандарт 10Base-2

Стандарт 10Base-2 використовує в якості середовища передачi коаксіальнийкабель з діаметром центрального мідного про