Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Ethernet



План:


Введення

Кабель UTP з роз'ємом 8P8C (також помилково званим RJ45), використовуваний в Ethernet-мережах стандартів 10BASE-T, 100BASE-T (x) і 1000BASE-T (x).

Ethernet ( [I ː θər ˌ nɛt] від англ. ether [I ː θər] " ефір ") - пакетна технологія передачі даних переважно локальних комп'ютерних мереж.

Стандарти Ethernet визначають дротяні з'єднання і електричні сигнали на фізичному рівні, формат кадрів і протоколи управління доступом до середовища - на канальному рівні моделі OSI. Ethernet в основному описується стандартами IEEE групи 802.3. Ethernet став найпоширенішою технологією ЛВС в середині 1990-х років, витіснивши такі застарілі технології, як Arcnet, FDDI і Token ring.


1. Історія

Технологія Ethernet була розроблена разом з багатьма першими проектами корпорації Xerox PARC. Загальноприйнято вважати, що Ethernet був винайдений 22 травня 1973, коли Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) склав доповідну записку для глави PARC про потенціал технології Ethernet. Але законне право на технологію Меткалф отримав через декілька років. В 1976 він і його асистент Девід Боггс (David Boggs) видали брошуру під назвою "Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks" [1].

Меткалф пішов з Xerox в 1979 і заснував компанію 3Com для просування комп'ютерів і локальних обчислювальних мереж (ЛВС). Йому вдалося переконати DEC, Intel і Xerox працювати спільно і розробити стандарт Ethernet (DIX). Вперше цей стандарт був опублікований 30 вересня 1980. Він почав суперництво з двома крупними запатентованими технологіями: token ring і ARCNET, - які незабаром були розчавлені під накочувалися хвилями продукції Ethernet. У процесі боротьби 3Com стала основною компанією в цій галузі.


2. Технологія

У стандарті перших версій (Ethernet v1.0 і Ethernet v2.0) вказано, що як передавальне середовище використовується коаксіальний кабель, надалі з'явилася можливість використовувати виту пару і оптичний кабель.

Переваги використання витої пари в порівнянні з коаксіальним кабелем:

  • можливість роботи в дуплексному режимі;
  • низька вартість кабелю "витої пари";
  • більш висока надійність мереж при несправності в кабелі (з'єднання точка-точка: обрив кабелю позбавляє зв'язку два вузли. В коаксіалі використовується топологія "шина", обрив кабелю позбавляє зв'язку весь сегмент);
  • мінімально допустимий радіус вигину менше;
  • велика перешкодозахищеність через використання диференціального сигналу;
  • можливість живлення по кабелю малопотужних вузлів, наприклад IP-телефонів (стандарт Power over Ethernet, POE);
  • гальванічна розв'язка трансформаторного типу. При використанні коаксіального кабелю в російських умовах, де, як правило, відсутня заземлення комп'ютерів, застосування коаксіального кабелю часто супроводжувалося пробоєм мережевих карт і іноді навіть повним "вигорянням" системного блоку.

Причиною переходу на оптичний кабель була необхідність збільшити довжину сегмента без повторювачів.

Метод управління доступом (для мережі на коаксіальному кабелі) - множинний доступ з контролем несучої і виявленням колізій (CSMA / CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), швидкість передачі даних 10 Мбіт / с, розмір пакету від 72 до 1526 байт, описані методи кодування даних. Режим роботи напівдуплексний, тобто вузол не може одночасно передавати і приймати інформацію. Кількість вузлів в одному поділюваному сегменті мережі обмежено граничним значенням в 1024 робітників станції (специфікації фізичного рівня можуть встановлювати жорсткіші обмеження, наприклад, до сегменту тонкого коаксіалу може підключатися не більше 30 робочих станцій, а до сегменту товстого коаксиала - не більше 100). Проте мережа, побудована на одному поділюваному сегменті, стає неефективною задовго до досягнення граничного значення кількості вузлів, в основному унаслідок напівдуплексного режиму роботи.

В 1995 прийнятий стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet зі швидкістю 100 Мбіт / с і з'явилася можливість роботи в режимі повний дуплекс. В 1997 був прийнятий стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet зі швидкістю 1000 Мбіт / с для передачі по оптичному волокну і ще через два роки для передачі по кручений парі.


3. Формат кадру

Існує декілька форматів Ethernet-кадру.

  • Початковий Version I (більше не застосовується).
  • Ethernet Version 2 або Ethernet-кадр II, ще званий DIX (абревіатура перших літер фірм-розробників DEC, Intel, Xerox) - найбільш поширена і використовується до цього дня. Часто використовується безпосередньо протоколом Інтернет.
Найбільш поширений формат кадру Ethernet II
  • Novell - внутрішня модифікація IEEE 802.3 без LLC ( Logical Link Control).
  • Кадр IEEE 802.2 LLC.
  • Кадр IEEE 802.2 LLC / SNAP.
  • Деякі мережеві карти Ethernet, вироблювані компанією Hewlett-Packard використовували при роботі кадр формату IEEE 802.12, відповідний стандарту 100VG-AnyLAN.

Як доповнення Ethernet-кадр може містити тег IEEE 802.1Q для ідентифікації VLAN, до якої він адресований, і IEEE 802.1p для вказівки пріоритетності.

Різні типи кадру мають різний формат і значення MTU.


4. MAC-адреси

При проектуванні стандарту Ethernet було передбачено, що кожна мережна карта (так само як і вбудований мережевий інтерфейс) повинна мати унікальний шестібайтний номер ( MAC-адресу), прошитий в ній при виготовленні. Цей номер використовується для ідентифікації відправника і одержувача кадру, і передбачається, що при появі в мережі нового комп'ютера (або іншого пристрою, здатного працювати в мережі) мережному адміністратору не доведеться налаштовувати MAC-адресу.

Унікальність MAC-адрес досягається тим, що кожен виробник отримує у координує комітеті IEEE Registration Authority діапазон з шістнадцяти мільйонів (2 ^ 24) адрес, і у міру вичерпання виділених адрес може запросити новий діапазон. Тому за трьома старшим байтам MAC-адреси можна визначити виробника. Існують таблиці, що дозволяють визначити виробника по MAC-адресу; зокрема, вони включені в програми типу arpalert.

Мак адресу зчитується один раз з ПЗУ при ініціалізації мережевої карти, надалі всі пакети генеруються операційною системою. Все не дуже давні операційні системи дозволяють поміняти його. Для Windows починаючи як мінімум з Windows 98 він змінювався в реєстрі. Деякі драйвера мережевих карт давали можливість змінити його в налаштуваннях, але зміна працює абсолютно для будь-яких карт.

Деякий час назад, коли драйвера мережеві карти не давали можливість змінити свій MAC-адресу, а альтернативні можливості не були надто відомі, деякі провайдери Internet використовували його для ідентифікації машини в мережі при обліку трафіку. Програми з Microsoft Office, починаючи з версії Office 97, записували MAC-адресу мережевої плати в редагований документ в якості складової унікального GUID-ідентифікатора. [2]. MAC адресу Рутерем передавався Mail.Ru агентом на свій сервер відкритим текстом при логіні.


5. Різновиди Ethernet

Залежно від швидкості передачі даних, і передавальної середовища існує декілька варіантів технології. Незалежно від способу передачі стек мережевого протоколу і програми працюють однаково практично у всіх нижчеперелічених варіантах.

У цьому розділі розміщено короткий опис усіх офіційно існуючих різновидів. З деяких причин, на додаток до основного стандарту багато виробників рекомендують користуватися іншими запатентованими носіями - наприклад, для збільшення відстані між точками мережі використовується волоконно-оптичний кабель.

Більшість Ethernet-карт і інших пристроїв має підтримку декількох швидкостей передачі даних, використовуючи автовизначення (autonegotiation) швидкості і дуплексного, для досягнення найкращого з'єднання між двома пристроями. Якщо автовизначення не спрацьовує, швидкість підстроюється під партнера, і включається режим полудуплексной передачі. Наприклад, наявність в пристрої порту Ethernet 10/100 говорить про те, що через нього можна працювати по технологіях 10BASE-T і 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 - підтримує стандарти 10BASE-T, 100BASE-TX і 1000BASE- T.


5.1. Ранні модифікації Ethernet

  • Xerox Ethernet - оригінальна технологія, швидкість 3 Мбіт / с, існувала в двох варіантах Version 1 і Version 2, формат кадру останньої версії до цих пір має широке застосування.
  • 1BROAD36 - широкого поширення не одержав. Один з перших стандартів, що дозволяє працювати на великих відстанях. Використовував технологію широкосмугової модуляції, схожої на ту, що використовується в кабельних модемах. В якості середовища передачі даних використовувався коаксіальний кабель.
  • 1BASE5 - також відомий, як StarLAN, став першою модифікацією Ethernet-технології, що використовує виту пару. Працював на швидкості 1 Мбіт / с, але не знайшов комерційного вживання.

5.2. 10 Мбіт / с Ethernet

  • 10BASE5, IEEE 802.3 (званий також Товстий Ethernet) - первісна розробка технології зі швидкістю передачі даних 10 Мбіт / с. Слідуючи ранньому стандарту IEEE використовує коаксіальний кабель з хвильовим опором 50 Ом (RG-8), з максимальною довжиною сегмента 500 метрів.
  • 10BASE2, IEEE 802.3a (званий "Тонкий Ethernet) - використовується кабель RG-58, з максимальною довжиною сегмента 185 метрів, комп'ютери приєднувалися один до іншого, для підключення кабелю до мережевої карти потрібний T-коннектор, а на кабелі має бути BNC-коннектор. Потрібна наявність термінаторів на кожному кінці. Багато років цей стандарт був основним для технології Ethernet.
  • StarLAN 10 - Перша розробка, що використовує виту пару для передачі даних на швидкості 10 Мбіт / с. Надалі еволюціонував в стандарт 10BASE-T.

Незважаючи на те, що теоретично можливе підключення до одного кабелю (сегменту) витої пари більш ніж двох пристроїв, що працюють в симплексному режимі, така схема ніколи не застосовується для Ethernet, на відміну від роботи з коаксіальним кабелем. Тому всі мережі на кручений парі використовують топологію "зірка", в той час як мережі на коаксіальному кабелі побудовані на топології "шина". Термінатори для роботи по витій парі вбудовані в кожен пристрій, і застосовувати додаткові зовнішні термінатори в лінії не потрібно.

  • 10BASE-T, IEEE 802.3i - для передачі даних використовується 4 дроти кабелю витої пари (дві скручені пари) категорії-3 або категорії-5. Максимальна довжина сегмента 100 метрів.
  • FOIRL - (акронім від англ. Fiber-optic inter-repeater link ). Базовий стандарт для технології Ethernet, що використовує для передачі даних оптичний кабель. Максимальна відстань передачі даних без повторювача 1 км.
  • 10BASE-F, IEEE 802.3j - Основний термін для позначення сімейства 10 Мбіт / с ethernet-стандартов, що використовують оптичний кабель на відстані до 2 кілометрів: 10BASE-FL, 10BASE-FB і 10BASE-FP. З перерахованого лише 10BASE-FL набув широкого поширення.
  • 10BASE-FL (Fiber Link) - Поліпшена версія стандарту FOIRL. Поліпшення торкнулося збільшення довжини сегменту до 2 км.
  • 10BASE-FB (Fiber Backbone) - Зараз невживаний стандарт, призначався для об'єднання повторювачів у магістраль.
  • 10BASE-FP (Fiber Passive) - Топологія "пасивна зірка", в якій не потрібні повторювачі - ніколи не застосовувався.

5.3. Швидкий Ethernet ( Fast Ethernet, 100 Мбіт / с)

  • 100BASE-T - загальний термін для позначення стандартів, що використовують в якості середовища передачі даних виту пару. Довжина сегмента до 100 метрів. Включає в себе стандарти 100BASE-TX, 100BASE-T4 і 100BASE-T2.
  • 100BASE-TX, IEEE 802.3u - розвиток стандарту 10BASE-T для використання в мережах топології "зірка". Задіяна кручена пара категорії 5, фактично використовуються тільки дві неекрановані пари провідників, підтримується дуплексна передача даних, відстань до 100 м.
  • 100BASE-T4 - стандарт, який використовує виту пару категорії 3. Задіяні всі чотири пари провідників, передача даних йде в напівдуплекс. Практично не використовується.
  • 100BASE-T2 - стандарт, який використовує виту пару категорії 3. Задіяні тільки дві пари провідників. Підтримується повний дуплекс, коли сигнали поширюються в протилежних напрямках по кожній парі. Швидкість передачі в одному напрямку - 50 Мбіт / с. Практично не використовується.
  • 100BASE-FX - стандарт, який використовує багатомодове волокно. Максимальна довжина сегмента 400 метрів у напівдуплекс (для гарантованого виявлення колізій) або 2 кілометри в повному дуплексі.
  • 100BASE-SX - стандарт, який використовує одномодове волокно. Максимальна довжина обмежена лише величиною загасання в оптичному кабелі і потужністю передавачів, за різними матеріалами від 2х до 10 кілометрів.
  • 100BASE-FX WDM - стандарт, який використовує одномодове волокно. Максимальна довжина обмежена лише величиною загасання в волоконно-оптичному кабелі і потужністю передавачів. Інтерфейси бувають двох видів, відрізняються довжиною хвилі передавача і маркіруються або цифрами (довжина хвилі) або однією латинською літерою A (1310) чи B (1550). У парі можуть працювати тільки парні інтерфейси: з одного боку передавач на 1310 нм, а з іншого - на 1550 нм.

5.4. Гігабітний Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбіт / с)

  • 1000BASE-T, IEEE 802.3ab - стандарт, який використовує виту пару категорій 5e. У передачі даних беруть участь 4 пари. Швидкість передачі даних - 250 Мбіт / с по одній парі. Використовується метод кодування PAM5, частота основної гармоніки 62,5 МГц. Відстань до 100 метрів
  • 1000BASE-TX був створений Асоціацією Телекомунікаційної Промисловості (англ. Telecommunications Industry Association, TIA) і опублікований в березні 2001 року як "Специфікація фізичного рівня дуплексного Ethernet 1000 Мб / с (1000BASE-TX) симетричних кабельних систем категорії 6 (ANSI / TIA / EIA -854-2001) "(англ." A Full Duplex Ethernet Specification for 1000 Mbit / s (1000BASE-TX) Operating Over Category 6 Balanced Twisted-Pair Cabling (ANSI/TIA/EIA-854-2001) "). Стандарт, використовує роздільну прийом-передачу (по одній парі в кожному напрямку), що істотно спрощує конструкцію приемопередающих пристроїв. Ще однією істотною відмінністю 1000BASE-TX є відсутність схеми цифрового компенсації наведень і зворотних перешкод, в результаті чого складність, рівень енергоспоживання та ціна процесорів стає нижче, ніж у процесорів стандарту 1000BASE-T. Але, як наслідок, для стабільної роботи за такою технологією потрібний кабельна система високої якості, тому 1000BASE-TX може використовувати тільки кабель 6 категорії. На основі даного стандарту практично не було створено продуктів, хоча 1000BASE-TX використовує більш простий протокол, ніж стандарт 1000BASE-T, і тому може використовувати більш просту електроніку.
  • 1000BASE-X - загальний термін для позначення стандартів зі змінними прийомопередавачами GBIC або SFP.
  • 1000BASE-SX, IEEE 802.3z - стандарт, який використовує багатомодове волокно. Дальність проходження сигналу без повторювача до 550 метрів.
  • 1000BASE-LX, IEEE 802.3z - стандарт, який використовує одномодове волокно. Дальність проходження сигналу без повторювача залежить тільки від типу використовуваних приймачів і, як правило, становить від 5 [3] до 50 кілометрів.
  • 1000BASE-CX - стандарт для коротких відстаней (до 25 метрів), що використовує твінаксіальний кабель з хвильовим опором 75 Ом (кожен з двох хвилеводів). Замінений стандартом 1000BASE-T і зараз не використовується.
  • 1000BASE-LH (Long Haul) - стандарт, який використовує одномодове волокно. Дальність проходження сигналу без повторювача до 100 кілометрів [4].

5.5. 10-гігабітний Ethernet (Ethernet 10G, 10 Гбіт / с)

Новий стандарт 10-гігабітного Ethernet включає сім стандартів фізичного середовища для LAN, MAN і WAN. В даний час він описується поправкою IEEE 802.3ae і повинен увійти в наступну ревізію стандарту IEEE 802.3.

  • 10GBASE-CX4 - Технологія 10-гігабітного Ethernet для коротких відстаней (до 15 метрів), використовується мідний кабель CX4 і коннектори InfiniBand.
  • 10GBASE-SR - Технологія 10-гігабітного Ethernet для коротких відстаней (до 26 або 82 метрів, в залежності від типу кабелю), використовується багатомодове волокно. Він також підтримує відстані до 300 метрів з використанням нового багатомодового волокна (2000 МГц / км).
  • 10GBASE-LX4 - використовує ущільнення по довжині хвилі для підтримки відстаней від 240 до 300 метрів по багатомодовому волокну. Також підтримує відстані до 10 кілометрів при використанні одномодового волокна.
  • 10GBASE-LR і 10GBASE-ER - ці стандарти підтримують відстані до 10 і 40 кілометрів відповідно.
  • 10GBASE-SW, 10GBASE-LW і 10GBASE-EW - Ці стандарти використовують фізичний інтерфейс, сумісний за швидкістю і формату даних з інтерфейсом OC-192 / STM-64 SONET / SDH. Вони подібні до стандартів 10GBASE-SR, 10GBASE-LR і 10GBASE-ER відповідно, оскільки використовують ті ж самі типи кабелів і відстані передачі.
  • 10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 - прийнятий в червні 2006 року після 4 років розробки. Використовує екрановані виту пару. Відстані - до 100 метрів.
  • 10GBASE-KR

Компанія Harting заявила про створення першого в світі 10-гігабітного з'єднувача RJ-45, що не вимагає інструментів для монтажу - HARTING RJ Industrial 10G [5] [6].


5.6. 40-гігабітний і 100-гігабітний Ethernet

Згідно зі спостереженнями Групи 802.3ba [7], вимоги до смуги пропускання для обчислювальних задач і додатків ядра мережі ростуть з різними швидкостями, що визначає необхідність двох відповідних стандартів для наступних поколінь Ethernet - 40 Gigabit Ethernet (або 40GbE) і 100 Gigabit Ethernet (або 100GbE ). В даний час сервери, високопродуктивні обчислювальні кластери, блейд-системи, SAN і NAS використовують технології 1GbE і 10GbE, при цьому в 2007 і 2008 рр.. був відзначений значний ріст останньої.


5.7. Перспективи

Про Terabit Ethernet (так спрощено називають технологію Ethernet зі швидкістю передачі 1 Тбіт / с) стало відомо в 2008 із заяви творця Ethernet Боба Меткалфа на конференції OFC [8] який припустив, що технологія буде розроблена до 2015, правда, не висловивши при цьому який-небудь упевненості, адже для цього доведеться вирішити чимало проблем. Однак, на його думку, ключовою технологією, яка може обслужити подальше зростання трафіку, стане одна з розроблених у попередньому десятилітті - DWDM.

"Щоб реалізувати Ethernet 1 Тбіт / с, необхідно подолати безліч обмежень, включаючи 1550-нанометрові лазери і модуляцію з частотою 15 ГГц. Для майбутньої мережі потрібні нові схеми модуляції, а також нове оптоволокно, нові лазери, загалом, все нове, - сказав Меткалф. - Неясно також, яка мережна архітектура буде потрібно для її підтримки. Можливо, оптичні мережі майбутнього повинні будуть використовувати волокно з вакуумною серцевиною або вуглецеві волокна замість кварцових. Оператори повинні будуть впроваджувати більше повністю оптичних пристроїв та оптику у вільному просторі (безволоконную). Боб Меткалф " [9].


Примітки

  1. RM Metcalfe and DR Boggs. Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks. / / ACM Communications, 19 (5) :395-404, July 1976. - www.stanford.edu/class/cs240/readings/ethernet.pdf (Англ.)
  2. MS Office: приховані можливості - www.nestor.minsk.by/kg/2002/31/kg23105.html
  3. IEEE 802.3-2008 Section 3 Table 38-6 p.111
  4. Varieties of Ethernet - www.networkguruz.com/ethernet/varieties-of-ethernet/
  5. З'єднувач HARTING RJ Industrial 10G представляє новітнє покоління першого в світі 10-гігабітного з'єднувача RJ45, що не вимагає інструментів для монтажу. - www.harting.ru/products/products/geraeteanschlusstechnik-devicecon/harting-rj-industrial-10g
  6. Брошура - www.harting.ru/imperia/md/content/public/catalogue/10_7875_flyer_rj_industrial_10g_e.pdf (Англ.)
  7. Стандарти остаточно затверджені в червні 2010 р. під назвою IEEE 802.3ba-2010 - www.ieee802.org/3/ba/index.html (21 червня 2010). Читальний - www.webcitation.org/61AvUkuk0 з першоджерела 24 серпня 2011.
  8. ( англ. Optical Fiber Communication Conference and Exposition ; Конференції та виставки, присвячені оптоволоконним комунікацій). Сайт конференції - www.ofcnfoec.org
  9. "На шляху до Terabit Ethernet" - ko.com.ua/node/42926, Леонід Бараш, журнал Компьютерное обозрение

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Fast Ethernet
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru