Технология Ethernet. Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей, реализуемый на канальном уровне модели OSI

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей, реализуемый на канальном уровне модели OSI. Общее количество работающих по протоколу Ethernet сетей оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров с установленными адаптерами Ethernet – более чем в 50 миллионов. Ethernet – это сетевой стандарт, разработанный фирмой Xerox в 1975 году и принятый комитетом IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Указанный стандарт использует метод разделения среды – метод CSMA/ CD (carrier- sense – multiply- acces with collision detection)- метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий. Этот метод используется исключительно в сетях с топологией “общая шина”. Все компьютеры в такой топологии имеют доступ к общей шине, все компьютеры имеют возможность немедленно получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину. Простота подключения предопределяет успех технологии Ethernet. Базовый cтандарт Ethernet предписывает передачу двоичной информации для всех вариантов физической среды со скоростью 10 Мбит/с.

Принцип работы Ethernet следующий.

Чтобы получить возможность передавать кадр компьютер должен убедиться, канал связи (среда) свободен. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигнала, которая также называется несущей частотой (carrier- sense, CS). Признаком незанятости канала является отсутствие на ней несущей частоты (5 – 10 МГц). Если среда свободна, то компьютер начинает передавать кадр. Если в это время другой компьютер пробует начать передачу, но обнаруживает, что канал занят, он вынужден ждать, пока первый компьютер не прекратить передачу кадра.

После окончания передачи кадра все компьютеры вынуждены выдержать технологическую паузу в 9,6 мкс. Такая пауза необходима для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние. Механизм прослушивания среды не гарантирует от возникновения такой ситуации, когда два или более компьютеров одновременно решают, что среда свободна и начинают передачу своих кадров. В этом случае возникает коллизия, так как оба кадры сталкиваются на общем кабеле и происходит искажение информации. (Рис 1). Для возникновения коллизии не обязательно, чтобы несколько компьютеров начали передачу абсолютно одновременно, такая ситуация маловероятно. Гораздо вероятней, что коллизия возникает из-за того, что один компьютер начинает передачу кадра раньше другого, но до второго компьютера сигнал первого просто не успевает дойти, когда он решает начать передачу. Другими словами, коллизии- это следствия распределенного характера сети. Чтобы отработать коллизию все компьютеры одновременно наблюдают за сигналами на кабеле.

Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется коллизия. Для увеличения вероятности скорейшего обнаружения коллизии всеми компьютерами сети тот компьютер, который обнаружил коллизию прерывает передачу своего кадра и усиливает коллизию передачей в сеть специальной последовательности (4 байта), называемой jam- последовательностью.

Прекративший передачу компьютер должен сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени, а затем снова предпринять попытку захвата канала и передачи кадра. Случайная пауза выбирается следующим образом:

Пауза = L x (интервал отсрочки) (1)

Интервал отсрочки равен 512 bt - битовым интервалам. В технологии Ethernet битовым интервалом называется интервал времени между появлением двух последовательных бит данных на кабеле. Для скорости канала 10 Мбит/ с величина битового интервала равна 0,1 мкс.

L – представляет собой целое число, выбранное с равной вероятностью из диапазона 0, 2 ^N , где N- номер повторной попытки передачи данного кадра 1,2..10. После 10- й попытки интервал остается постоянным. Таким образом случайная пауза может быть от 0 до (1024 х 51,2 = 52428 мкс= 52,4 мс). Если 16 последовательных попыток передачи кадра вызывают коллизию, то передающий компьютер должен прекратить попытки и отбросить кадр. Из вышеописанного видно, что технология передачи Ethernet носит вероятностный характер и вероятность успешного получения в свое распоряжение общего канала зависит от загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения компьютеров в передаче кадров.

Для надежного распознавания коллизий должно выполняться соотношение

T min ³ PDV (2)

где Tmin – время передачи кадра минимальной длины,

PDV – время за которое сигнал коллизии успевает распространиться до самого дальнего компьютера сети. Так как в худшем случае сигнал должен пройти дважды между наиболее удаленными друг от друга компьютерами сети (в одну сторону проходит неискаженный сигнал, а на обратном пути распространяется уже искаженный сигнал), то это время называется временем двойного оборота (Path Delay Value). При выполнении этого условия передающий компьютер должен успевать обнаружить коллизию, которую вызвал переданный им кадр, еще как он закончить передачу этого кадра.

Выполнение условия (2) зависит, с одной стороны, от длины минимального кадра и пропускной способности сети, а с другой стороны, от длины кабельной системы сети и скорости распространения сигнала в кабеле (зависит от типа кабеля).

В стандарте Ethernet минимальная длина кадра вместе со служебной информацией установлена в размере 64 байта (46 байт данные + 18 байт служебная информация). Кроме этого в кадр входит 8 байт преамбулы для синхронизации адаптеров. Общая длина кадра составляет 8+64 = 72 байта или 72 х 8 = 576 бит. В стандартном 10 – мегабитном Ethernet время передачи кадра равно 576 х 0, 1 мкс = 57, 5 мкс. Межкадровый интервал устанавливается стандартом в размере 9, 6 мкс. В результате получаем, что период следования кадров минимальной длины составляет 57,5 + 9,6 = 67,1 мкс. (Рис 2.)

Отсюда максимальная пропускная способность стандарта Ethernet составляет 1/ 67,1 мкс= 14880 кадр/с.

Кадр максимальной длины в стандарте Ethernet составляет 1526 байт или 12208 бит. Максимальная пропускная способность Ethernet при работе с кадрами максимальной длины составляет 813 кадр/ с.

Под полезной пропускной способностью протокола понимается принимается скорость передачи полезной информации.

Для кадров минимальной длины полезная пропускная способность равна

С= 14880 х 46 х 8 = 5, 48 Мбит/с (3)

что меньше 10 Мбит/ с.

Для кадров максимальной длины полезная пропускная способность:

С = 813 х 1526 х 8 = 9, 93 Мбит/с (4)

Таким образом передача кадров максимальной длины лучше всего обеспечивает стандарт Ethernet 10 Мбит/с.

Для соединения компьютеров между собой используются следующие стандартные физические линии связи:

· 10 Base– 5 – коаксиальный кабель диаметром 2,17 мм, называемый «толстым» коаксиалом

· 10 Base– 2 – коаксиальный кабель диаметром 0,89 мм называемый «тонким» коаксиалом

· 10Base –T – неэкранированная витая пара

· 10 Base – F – волоконно – оптический кабель

Расчет волновых сопротивлений кабелей и учет выражения (2) определяет в стандарте Ethernet максимальную длину сегмента (максимально возможное расстояние между компьютерами в сети), а также количество компьютеров в сегменте. Сегментом сети называется обособленная (физически или логически) группа компьютеров. В таблице 1 параметры сети Ethernet для основных используемых кабелей.

Таблица 1

В том случае, если сеть состоит из большого числа сегментов, они объединяются между собой с помощью специальных устройств, называемых концентраторами. Концентратор имеет несколько входов (портов), к которым подключаются компьютеры или другие концентраторы, и один выход.