Ethernet

Ethernet-сети

Ниже перечислены различные типы сетей Ethernet:


Fast Ethernet

Это тип сети Ethernet, которая может передавать данные со скоростью 100 Мбит/с по витой паре или оптоволоконному кабелю. Данные могут передаваться со скоростью от 10 Мбит/с до 100 Мбит/с без преобразования протоколов или внесения изменений в прикладное и сетевое программное обеспечение.

Гигабитный Ethernet

Это тип сети Ethernet, которая способна передавать данные со скоростью 1000 Мбит/с по витой паре или оптоволоконному кабелю. Среди других типов Ethernet-кабелей, это самый популярный.

Коммутатор Ethernet

Это сетевое оборудование, которое требуется для нескольких сетевых устройств в локальной сети. При использовании этого типа кабеля вместо кроссовера следует использовать обычный сетевой кабель. Этот кабель Ethernet перенаправляет данные с одного устройства на другое устройство с той же самой сетью. Обычно это поддерживает различные скорости передачи данных. Ethernet широко используется в качестве сетевой технологии в связи с тем, что стоимость такой сети не слишком высока.

MAC-адреса

При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в ней при изготовлении. Этот номер используется для идентификации отправителя и получателя кадра, и предполагается, что при появлении в сети нового компьютера (или другого устройства, способного работать в сети) сетевому администратору не придётся настраивать MAC-адрес.

MAC-адрес считывается один раз из ПЗУ при инициализации сетевой карты, в дальнейшем все кадры генерируются операционной системой. Все современные операционные системы позволяют поменять его. Для Windows, начиная, как минимум, с Windows 98, он менялся в реестре. Некоторые драйверы сетевых карт давали возможность изменить его в настройках, но смена работает абсолютно для любых карт.

Некоторое время назад, когда драйверы сетевых карт не давали возможность изменить свой MAC-адрес, а альтернативные возможности не были слишком известны, некоторые провайдеры Internet использовали его для идентификации машины в сети при учёте трафика. Программы из Microsoft Office, начиная с версии Office 97, записывали MAC-адрес сетевой платы в редактируемый документ в качестве составляющей уникального GUID-идентификатора..

Realtek

Кстати, тип используемой технологии передачи данных также определяет вид сетевого адаптера. Самый популярный поставщик адаптеров — компания Realtek.


Изучим основные характеристики на примере модели RTL8139 810X fast ethernet. Этот адаптер является высокоинтегрированным одночиповым контроллером, причем достаточно экономичным. Поддерживает универсальную комбинацию приложений. Оснащен интерфейсом общего доступа шины PCI, обеспечивает максимальную безопасность сети и простоту управления.

Характеристики этого Realtek Fast Ethernet адаптера:

  • Однокристалльный контроллер для локальной шины PCI.
  • Поддерживает согласование скоростей 10 Мбит/с и 100 Мбит/с.
  • Поддерживает многофункциональные возможности PCI.
  • Совместимость с PCI Revision 2.2.
  • Обеспечивает передачу основных данных шины PCI и передачу данных пространства памяти PCI или пространства ввода/вывода операционных регистров RTL8139 810X.
  • Поддерживает режим обратной связи.
  • Возможность работы и в полудуплексном, и в дуплексном режиме.
  • Включает в себя программируемый размер пакета PCI и раннее пороговое значение Tx/Rx.
  • Поддерживает тактовую частоту PCI 16,75 МГц-40 МГц.
  • Совместим со стандартами PC99 и PC2001.
  • Поддержка светодиодных выводов для различных показателей активности сети.
  • Поддерживает автоматическое обнаружение вспомогательной мощности и устанавливает соответствующие возможности регистров управления питанием в пространстве конфигурации PCI.

Резервирование каналов и кольцевая топология

Для обеспечения защиты каналов связи от единичного отказа необходимо их резервировать. Резервирование неизбежно ведет к возникновению кольцевых участков сети — замкнутых маршрутов. Стандарт Ethernet предусматривает только древовидную топологию и не допускает кольцевых, так как это приводит к зацикливанию пакетов.

Современные коммутаторы, как правило, поддерживают дополнительный протокол Spanning Tree Protocol (STP, IEEE 802.1d), который позволяет создавать кольцевые маршруты в сетях Ethernet. Постоянно анализируя конфигурацию сети, STP автоматически выстраивает древовидную топологию, переводя избыточные коммуникационные линии в резерв. В случае нарушения целостности построенной таким образом сети (обрыв связи, например), STP в считанные секунды включает в работу необходимые резервные линии, восстанавливая древовидную структуры сети. Этот протокол не требует первичной настройки и работает автоматически.

Более мощная разновидность данного протокола — Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP, IEEE 802.1w), позволяющая снизить время перестройки сети до нескольких миллисекунд. Протоколы STP и RSTP позволяют создавать произвольное количество избыточных линий связи и являются обязательным функционалом для промышленных коммутаторов, применяемых в резервированных сетях.

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.

История

Ethernet стал результатом исследований, проведённых Xerox PARC в начале 1970-х годов, и затем развился в популярный протокол физического и канального уровней OSI. Fast Ethernet увеличил скорость передачи данных с 10 до 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet — следующий шаг, на котором скорость увеличилась до 1000 Мбит/с. Первоначально стандарт Gigabit Ethernet был опубликован IEEE в июне 1998 г. как IEEE 802.3z и предполагал использование только оптоволоконного кабеля. Другое широко распространённое название 802.3z — 1000BASE-X, где -X может означать -CX, -SX, -LX или (не описанный в стандарте) -ZX (см. Fast Ethernet).

IEEE 802.3ab, ратифицированный в 1999 г., определяет стандарт гигабитной передачи данных по неэкранированной витой паре (UTP) категорий 5, 5e и 6, и известен как 1000BASE-T. После ратификации 802.3ab, гигабитный Ethernet стал прикладной технологией, так как организации могли использовать уже существующую кабельную инфраструктуру.

IEEE 802.3ah, ратифицированный в 2004 г., добавил ещё два гигабитных стандарта для оптоволокна: 1000BASE-LX10 (уже широко использовавшийся поставщиками услуг в качестве дополнительной опции) и 1000BASE-BX10. Они являлись частью более обширной группы протоколов (см. Ethernet in the First Mile).

Первоначально гигабитный Ethernet использовался только для опорных сетей с высокой пропускной способностью (к примеру, в высокоскоростных кампусных сетях). В 2000 г. Power Mac G4 и PowerBook G4 компании Apple стали первыми персональными компьютерами на массовом рынке, предоставлявшими возможность 1000BASE-T соединения . Вскоре это стало встроенной особенностью и во многих других компьютерах.

История

В период с 1973 по 1974 год корпорация Xerox разработала Ethernet в исследовательском центре Пало-Альто в Калифорнии (PARC). Идея была задокументирована в записке, написанной Меткалфом в 1973 году, где он придумал ее после того, как люминесцентный эфир когда-то постулировался существовать как вездесущая, полностью пассивная среда для распространения электромагнитных волн. Ethernet конкурировал с Token Ring и другими патентованными протоколами. Благодаря этому он смог адаптироваться к рыночным реалиям и перейти на недорогой тонкий коаксиальный кабель, а затем повсеместно писать витые пары. В 1980 году Ethernet, несомненно, был доминирующей сетевой технологией.

С тех пор эта технология Ethernet эволюционировала в соответствии с новыми требованиями рынка и пропускной способностью. Теперь Ethernet используется для соединения приборов и других персональных устройств. К 2010 году рынок оборудования Ethernet составлял более $16 млрд. в год.

Варианты реализации

Назначение контактов разъёма MDI/MDI-X (TIA/EIA-568-B/A) кабеля UTP 100Base-TX
Контакт Сигнал Цвет
MDI (TIA/EIA-568-B) MDI-X (TIA/EIA-568-A)
1 Передача + Белый/оранжевый Белый/зелёный
2 Передача — Оранжевый Зелёный
3 Приём + Белый/зелёный Белый/оранжевый
4 используется Синий Синий
5 используется Белый/синий Белый/синий
6 Приём — Зелёный Оранжевый
7 используется Белый/коричневый Белый/коричневый
8 используется Коричневый Коричневый

100BASE-TX

100BASE-TX обеспечивает передачу данных со скоростью до 100 Мбит/с по кабелю, состоящему из двух витых пар 5-й категории. Обычно передача данных в каждом направлении ведётся по одной витой паре, обеспечивая до 100 Мбит/с общей пропускной способности в дуплексе. Длина линии связи ограничена 100 метрами, но по одному стандартному кабелю, имеющему 4 пары, можно организовать два 100-мегабитных канала связи.

100BASE-T4

Основная статья: 100BASE-T4

100BASE-T4 обеспечивает передачу данных со скоростью до 100 Мбит/с по кабелю, состоящему из четырёх витых пар 3-й категории.

100BASE-FX

100BASE-FX использует волоконно-оптический кабель и обеспечивает связь излучением с длиной волны 1310 нм по двум жилам — для приёма (RX) и для передачи (TX). Длина сегмента сети может достигать 400 метров в полудуплексном режиме (с гарантией обнаружения коллизий) и 2 километров в полнодуплексном при использовании многомодового волокна. Работа на бо́льших расстояниях возможна при использовании одномодового волокна. 100BASE-FX не совместим с 10BASE-FL (10-мегабитным вариантом).

100BASE-SX

100BASE-SX — удешевлённая альтернатива 100BASE-FX с использованием многомодового волокна и недорогой оптики. 100BASE-SX может работать на расстояниях до 300 метров. Используется та же длина волны, что и в 10BASE-FL. Это обеспечивает, в отличие от 100BASE-FX, обратную совместимость с 10BASE-FL. Благодаря использованию более коротких волн (850 нм) и работы на небольших расстояниях, 100BASE-SX требует менее дорогих оптических компонентов (светодиоды вместо лазеров). Это делает данный стандарт привлекательным для тех, кто модернизирует сеть 10BASE-FL и кому не нужна работа на больших расстояниях.

100BASE-BX

100BASE-BX — вариант для работы по одному оптоволокну (в отличие от 100BASE-FX, где используется пара волокон). Используется одномодовое волокно и специальный мультиплексор, который разбивает сигнал на передающие и принимающие волны.

100BASE-LX

100BASE-LX обеспечивает передачу данных со скоростью до 100 Мбит/с через оптический кабель по одному одномодовому волокну на длине волны 1310 нм. Максимальная длина сегмента — 15 километров в режиме полного дуплекса.

100BASE-LX10 отличается от 100BASE-LX максимальной длиной сегмента — 10 километров.

100BASE-LX WDM отличается от 100BASE-LX тем, что допускается использование двух длин волн — 1310 нм и 1550 нм. Интерфейсные модули маркируются либо цифрами (длина волны), либо одной латинской буквой A (1310 нм) или B (1550 нм). В паре могут работать только парные интерфейсы: с одной стороны передатчик на 1310 нм, а с другой — на 1550 нм.


С этим читают