CFA LogoCFA Logo Computer
Загрузка поиска
Новости Компьютеры Прайс-лист [Новое] Прайс-лист [Б/У] Для ноутбуков Конфигуратор ПК Заказ, Оплата, Доставка Сервис объявления Драйвера Статьи Как нас найти Контакты
Новости
RSS канал новостей
Список материнских плат компании Biostar пополнился свежими моделями под поколения процессоров Intel ...
Похоже, что компания Gionee в эти дни очень сильно занята. Только недавно мы сообщали об анонсе ...
Компания Enermax в своем коротеньком пресс-релизе рассказала общественности о старте серии недорогих ...
SteelSeries представляет новую игровую клавиатуру APEX 150, которая дает игрокам высочайшую надежность ...
Пока в Сети живо обсуждают информацию о возможном выпуске компанией NVIDIA графического ускорителя ...
Самое интересное
Программаторы 25 SPI FLASH Адаптеры Optibay HDD Caddy Драйвера nVidia GeForce Драйвера AMD Radeon HD Игры на DVD Сравнение видеокарт Сравнение процессоров

АРХИВ СТАТЕЙ ЖУРНАЛА «МОЙ КОМПЬЮТЕР» ЗА 2003 ГОД

Какая сеть такой улов

Виктор БОНДАРЬ apollo-13@ukr.net

Продолжение, начало в МК, №27 (250), 31 (254), 36 (259), 38 (261).

Эволюция Ethernet

Бесспорно, что сети Ethernet являются наиболее популярными среди домашних пользователей. Также в офисах компаний чаще всего можно встретить как раз эту сетевую технологию. Именно в силу своей распространенности и популярности она заслуживает отдельного детального рассмотрения. Днем рождения Ethernet принято считать 22 мая 1973 года, когда сотрудники компании Xerox, Дэвид Боггс (David Boggs) и Роберт Меткалф (Robert Metcalfe), в своей докладной записке описали сеть, созданную ими в исследовательской лаборатории PARC (Palo Alto Research Center). Первый ее образец работал на основе толстого коаксиального кабеля RG-11, использовалась революционная на то время пакетная технология и обеспечивалась скорость работы в 2.94 Мбит/с. Однако это был еще экспериментальный вариант, который так и не стал известен широкому пользователю. (Первым массовым образцом оказался вариант сети Ethernet 2, соответствующий стандарту IEEE 802.3 10Base5, утвержденному в июне 1983 года IEEE.) Разработка Ethernet велась консорциумом DIX, который состоял из трех компаний —Digital Equipment Corporation (DEC), Intel и Xerox. В первой из них в качестве консультанта работал Роберт Меткалф, которого часто называют отцом Ethernet’а. В результате сотрудничества компаний была создана сеть, поддерживающая невиданную на то время скорость 10 Мбит/с. Для продолжения работ по данной тематике в IEEE создается рабочая группа 802, которая в итоге и довела стандарт, получивший название IEEE 802.3, до ума.

Первоначально предусматривалось, что сеть будет создаваться на базе кабеля RG-11. Однако Ethernet на основе толстого коаксиального кабеля оказался довольно дорогим вариантом и вскоре появился новый стандарт Ethernet 10Base2 (ThinNet) с физической топологией «шина», который работал на основе более дешевого тонкого коаксиального кабеля RG-58. А в 1990 году IEEE утверждает и стандарт Ethernet 10Base-T, использующий для передачи данных витую пару и имеющий звездообразную физическую топологию. Позже появилось множество новых стандартов Ethernet. Отличались они типом передающей среды: одни из них использовали оптоволокно, другие — радиосвязь. Непрерывно возрастала и скорость соединения, в связи с чем появлялись различные реализации сети, такие как Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet. Ниже приводится несколько вариантов сетей Ethernet.

10Base-F (IEEE 802.3j) — сеть на базе оптоволоконных кабелей. Она работает на скорости 10 Мбит/с. Для передачи данных в соединении используется два оптических волокна, обеспечивающих дуплексную передачу данных. (Изначально оптоволоконная связь задумывалась для соединения репитеров (повторителей-усилителей сигнала.) По стандарту 10Base-F непосредственно оптоволоконной связью можно соединить репитер с репитером, репитер с ПК и ПК с ПК, причем допустимая длина сегмента доходит до 2 км. —Прим. ред.).

10Broad36 — технология, главной отличительной особенностью которой является широкополосный метод передачи (broadband). Это позволяет ей использовать для передачи данных обычный телевизионный кабель (сопротивлением 75 Ом), причем одновременно с телетрансляцией, обеспечивая при этом скорость передачи в 10 Мбит/с. Еще одной отличительной особенностью технологии является сравнительно большая максимальная длина сегмента — 1800 метров (сегментом локальной сети специалисты называют единый участок кабельной системы в LAN, на котором нет репитеров), при общей длине сети до 3600 м. Топология — шина.

RadioEthernet, или стандарт IEEE 802.11, который уже сейчас насчитывает три основные разновидности (802.11a, 802.11b и 802.11g) и в последних реализациях поддерживает скорость вплоть до 54 Мбит/с.

Описывать дальше каждую из спецификаций не имеет смысла: вариантов наберется более двух десятков. Вместо этого поясним, каким образом различным вариантам Ethernet даются «имена». Первая цифра в названии означает скорость передачи данных, всего может быть четыре варианта: 10, 100, 1000 и 10000 (скорость в Мбит/с). После обозначения скорости следует слово Base либо Broad, которое указывает на способ передачи — узкополосный (Baseband), или широкополосный (Broadband). Если говорить коротко, то в первом из них данные передаются по одному каналу, во втором же используется мультиплексирование с разделением по частоте для организации нескольких каналов передачи данных. (Нужно отметить, что традиционно в Ethernet применяется узкополосная передача, единственное исключение — стандарт 10Broad36.) И, наконец, последние символы названия характеризуют среду передачи, либо максимальную длину сегмента в сотнях метров.

Чтобы разобраться с теорией на практике, проанализируем смысл некоторых загадочных аббревиатур: 1000Base-LX и 10Base5. Первая означает стандарт для сетей со скоростью передачи данных в 1 Гбит/с узкополосным способом с использованием оптоволокна и длинноволновых лазеров. Вторая характеризуется скоростью передачи данных в 10 Мбит/с и использованием в качестве передающей среды коаксиала с максимальной длиной сегмента в 500 метров. Зная это, вы без проблем сможете определить основные характеристики таких разновидностей Ethernet’а, как 10Base2, 10BaseT, 10Base5, 10Base1, 10Broad36, 100 Base-TX, 100 Base-FX, 100 Base-T4, 1000Base-X, 1000Base-LX, 1000Base-SX, 1000Base-CX, 1000Base-T, 10000Base-LX4 (здесь приведены далеко не все разновидности). Стоит лишь добавить, что символы Т обычно означают неэкранированную витую пару, C — экранированную, F — оптоволокно, S и L, соответственно, коротковолновый (850 нм) и длинноволновый (1310 нм) лазеры.

Как видно из вышеприведенного списка, коаксиальный кабель используется лишь в сетях со скоростью 10 Мбит/с. Для больших скоростей пригодны только оптоволокно и витая пара, а в 10-гигабитных сетях для передачи данных пока применяется исключительно оптика. Соответственно, и физическая топология имеет вид «шины» только для сетей на базе коаксиала, в остальных же случаях она представляет собой «звезду».

Принципы работы Ethernet

В стандартах IEEE 802.3 описываются все основные характеристики сетей Ethernet, начиная от кодирования сигнала и заканчивая форматом передаваемых фреймов. Начнем с уровня передачи отдельных битов. Тот, кто внимательно следил за всеми статьями нашего цикла, помнит, что в локальных соединениях биты передаются путем изменения напряжения в линии. В качестве примера приводился стандарт RS-232, была детально описана применяемая в нем схема кодирования информации NRZ (non return to zero), где биты определялись измерением напряжения в определенные моменты времени. Однако в других стандартах применяются иные виды кодирования (и их довольно много — больше десятка), в частности, в технологии Ethernet используется кодирование, получившее название «манчестерское».

Код «манчестер» от кодирования типа NRZ отличается тем, что биты информации представляются сменой напряжения. То есть аппаратура получает бит информации, регистрируя изменение напряжения, а не замеряя его значение в определенное время, как это было раньше. Такие изменения напряжения называются передними и задними фронтами. В «манчестере» значение бита 1 кодируется по переднему фронту, а бита 0 — по заднему. Принцип действия манчестерского кодирования проиллюстрирован на рисунке 1 (вверху изображены передаваемые биты данных). Как видно, весь временной интервал передачи разбит на равные участки, длина которых зависит от скорости передачи данных и стандартизирована (при скорости 10 Мбит/с максимальная частота несущей в манчестерском кодировании достигает 10 МГц, благодаря чему мы и можем найти длину этих временных интервалов). Сначала в нашем примере имеем нулевое напряжение. Для передачи бита 0 точно в середине первого временного интервала происходит увеличение напряжения. Для пересылки следующего за ним бита 1, в середине второго временного интервала происходит уменьшение напряжения. Чтобы передать еще один бит 1, в междувременном интервале происходит вспомогательная смена напряжения, чтобы в средине третьего интервала единицу также можно было закодировать падением напряжения. Аналогично передаются и идущие подряд биты 0. В конце представлено несколько чередующихся битов 1 и 0. И сделано это не случайно, а для того чтобы показать, что при этом получим несущую в виде периодического гармонического волнового сигнала. Дело в том, что в стандарте Ethernet такое чередование используется для синхронизации приемной и передающей аппаратуры (передача манчестерского кода относится к типу самосинхронизирующихся — прим. ред.). Таким образом, мы можем передавать отдельные биты информации.

Рис. 1.

Но если применяется разделяемая среда передачи данных, то этого недостаточно: нужно обеспечить поочередное ее использование всеми компьютерами, чтобы избежать коллизий. Как мы уже говорили ранее, для этого в стандарте Ethernet предусмотрен метод CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий). Он достаточно детально описан в предыдущей статье цикла, однако позволю себе кратко напомнить его суть. Перед началом передачи происходит проверка того, не занята ли линия. Если она свободна (отсутствует несущая), то компьютер начинает передачу данных. Однако если два компьютера производят передачу одновременно, то происходит коллизия, которая детектируется обоими компьютерами. Они немедленно останавливают передачу данных и возобновляют ее после некоторой задержки, во избежание новых коллизий выбранной случайным образом. Таким образом, гарантируется очередность и равноправие доступа многих станций к общей разделяемой среде.

Вскрываем пакет

Для того чтобы обеспечить надежность передачи данных, а также их адресацию в условиях, когда копию сигнала получают все компьютеры, подключенные к общей передающей среде, используются пакеты (фреймы). В частности, в случае с Ethernet мы имеем даже несколько фреймов стандартизированного вида: фрейм стандарта 802.3/LLC (или Novell 802.2), фрейм Novell 802.3 (Raw 802.3), фрейм Ethernet DIX (Ethernet II) и фрейм Ethernet SNAP. Такое разнообразие стандартов обусловлено тем, что над Ethernet’ом в свое время потрудилась не одна организация. Однако в современных спецификациях практически везде применяется фрейм стандарта 802.3, утвержденный авторитетной организацией IEEE. Этим стандартом определяется, что каждый фрейм состоит из семи полей (рис. 2).

Рис. 2.

Сначала идет поле преамбулы, которое состоит из восьми байтов информации для синхронизации, называемых начальной серией (чередующиеся биты 1 и 0). В последнем восьмом байте передается комбинация 10101011 (с последним битом 1), благодаря чему приемная аппаратура определяет, что сейчас начнется передача заголовка фрейма. Заголовок фрейма включает в себя три поля. Первым идет поле адреса получателя. Оно имеет длину 6 байт и в нем содержится MAC-адрес компьютера, для которого предназначен фрейм. Если первый бит адреса имеет значение 0, то фрейм предназначен для одного конкретного компьютера. Первый бит поля адреса, установленный в значение 1, используется для групповой адресации (для широковещательного адреса в Ethernet все биты поля адреса устанавливаются в значение 1). После поля с адресом получателя следует такое же по длине поле адреса отправителя, которое обычно используется сетевым оборудованием для того, чтобы быстро переслать ответ отправителю. Единственным отличием является то, что в качестве адреса отправителя не может быть использован групповой адрес. В сетевых картах Ethernet применяется статическая схема адресации, то есть каждая сетевая карта имеет свой уникальный адрес, который гарантировано не повторится нигде в мире. За распределением диапазонов физических адресов для сетевого оборудования Ethernet следит институт IEEE.

Последним полем заголовка является двухбайтное поле типа фрейма. По числу, содержащемуся в нем, определяется тип данных фрейма. К примеру, шестнадцатеричное число 0800 используется для обозначения протокола IP четвертой версии. Числа 8137-8138 обозначают популярный протокол IPX от компании Novell. Число 8035 можно встретить в пакетах, предназначенных для определения доменного имени по сетевому адресу. А промежуток 0000-05DC зарезервирован для использования во фреймах SNAP. Это, конечно же, далеко не полный перечень возможных значений поля, однако и его достаточно, чтобы удостовериться в том, что информационное наполнение фрейма может быть весьма разнообразно.

После заголовка следует поле данных фрейма, в котором, собственно, и содержится передаваемая информация. Ее размер может варьировать в пределах от 0 до 1500 байт, в зависимости от объема пересылаемых данных. Однако если длина поля данных меньше 46 байт, то используется специальное поле заполнения, следующее за ним, в котором содержатся байты со всеми битами, установленными в 0. Их количество таково, чтобы вместе с байтами поля данных общее количество байт равнялось 46, что необходимо для обеспечения корректной работы механизма обнаружения коллизий.

В конце фрейма следует четырехбайтовое поле контрольной суммы, которое содержит 32-битный циклический избыточный код, необходимый для контроля целостности всего переданного фрейма. Таким образом, стандарт Ethernet описывает все необходимые аспекты передачи данных на двух нижних уровнях модели OSI.

(Продолжение следует)

Рекомендуем ещё прочитать:






Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:

RSS
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить





Хостинг на серверах в Украине, США и Германии. © www.sector.biz.ua 2006-2015 design by Vadim Popov