1000Base-X

La specifica 1000BASE-X prevede l'uso di un supporto in fibra ottica. Questo standard si basa sulla tecnologia ANSI Fibre Channel (ANSI X3T11).

La tecnologia 1000BASE-X consente l'uso di tre diversi mezzi di trasmissione, quindi le tre varietà: 1000BASE-SX, 1000BASE-LX e 1000BASE-CX.

1000Base-SX

La tecnologia più comunemente usata ed economica basata sulla fibra multimodale standard. La distanza massima per 1000BASE-SX è di 220 metri. Viene utilizzata una lunghezza d'onda di 850 nm, S sta per lunghezza d'onda corta.

Ovviamente, questo valore può essere raggiunto solo con il trasferimento di dati full duplex, poiché il tempo di doppio giro del segnale in due segmenti di 220 metri è di 4400 bt, che supera il limite di 4095 bt anche senza tenere conto del ripetitore e degli adattatori di rete. Per la trasmissione half-duplex, i segmenti di fibra massima devono essere sempre inferiori a 100 metri.

1000Base-LX

La tecnologia 1000BASE-LX viene solitamente utilizzata con fibre monomodali, qui la distanza consentita è di 5 chilometri. La specifica 1000Base-LX può funzionare anche su un cavo multimodale. In questo caso, la distanza limite è piccola - 550 metri.

Per la specifica 1000Base-LX, come sorgente di radiazione viene sempre utilizzato un laser a semiconduttore da 1300 nm.

1000Base-CX

La tecnologia 1000BASE-CX utilizza il più unico dei tre ambienti. Questa è una soluzione basata su soluzione che utilizza cavi realizzati con coppie intrecciate schermate pre-aggraffate.

Il connettore non è un semplice RJ-45, comunemente usato in 10/100 / 1000Base-T. Invece, DB-9 o HSSDS viene utilizzato per terminare queste due coppie di fili. La tecnologia 1000BASE-CX funziona a distanze fino a 25 m, il che ne limita l'uso a piccole aree.

1000Base-T

La specifica 1000Base-T funziona con cavo a doppino intrecciato di categoria 5.

Ogni coppia di cavi di categoria 5 ha una larghezza di banda garantita fino a 100 MHz. Per trasferire dati attraverso tale cavo a una velocità di 1000 Mbps, si è deciso di organizzare la trasmissione parallela simultaneamente su tutte e 4 le coppie di cavi.

Ciò ha immediatamente ridotto la velocità di trasferimento dei dati per ciascuna coppia a 250 Mbps.

Per la codifica dei dati, è stato utilizzato il codice RAM5, utilizzando 5 livelli potenziali: -2, -1, 0, +1, +2. Pertanto, in un ciclo di clock, vengono trasmessi 2.322 bit di informazioni per coppia. Pertanto, la frequenza di clock anziché 250 MHz può essere ridotta a 125 MHz. Inoltre, se non si utilizzano tutti i codici, ma si trasmettono 8 bit per ciclo (in 4 coppie), viene mantenuta la velocità di trasferimento richiesta di 1000 Mbps e vi è ancora una riserva di codici inutilizzati, poiché il codice RAM5 contiene 5 4 \u003d 625 combinazioni e se 8 bit di dati vengono trasmessi in un ciclo di clock su tutte e quattro le coppie, ciò richiede solo 2 8 \u003d 256 combinazioni. Il ricevitore può utilizzare le combinazioni rimanenti per controllare le informazioni ricevute ed evidenziare le combinazioni corrette sullo sfondo del rumore. Il codice PAM5 a una frequenza di clock di 125 MHz si adatta alla banda 100 MHz di un cavo di categoria 5.

Per identificare le collisioni e organizzare la modalità full duplex, la specifica utilizza una tecnica in cui entrambi i trasmettitori lavorano l'uno verso l'altro per ciascuna delle 4 coppie nella stessa gamma di frequenza, poiché utilizzano lo stesso potenziale codice PAM5 (Fig. 12) . Il circuito di disaccoppiamento ibrido H consente al ricevitore e al trasmettitore dello stesso nodo di utilizzare contemporaneamente un cavo a doppino intrecciato sia per la ricezione che per la trasmissione.

Figura 12. Trasmissione bidirezionale su 4 coppie di UTP cat5 in Gigabit

Per separare il segnale ricevuto dal proprio, il ricevitore sottrae il proprio segnale dal segnale risultante. Questa non è una semplice operazione e speciali processori di segnale digitale - DSP (Digital Signal Processor) vengono utilizzati per eseguirlo.

I campi Preamble frame (7 byte) e Initial Frame Delimiter (SFD) (1 byte) in Ethernet vengono utilizzati per la sincronizzazione tra i dispositivi di trasmissione e ricezione. Questi primi otto byte del frame vengono utilizzati per attirare l'attenzione della ricezione di nodi. In sostanza, i primi byte indicano ai destinatari di prepararsi a ricevere un nuovo frame.

Campo dell'indirizzo MAC di destinazione

Il campo Indirizzo destinazione MAC (6 byte) è l'identificatore per il destinatario previsto. Come ricorderete, questo indirizzo viene utilizzato dal livello 2 per aiutare i dispositivi a determinare se un determinato frame è indirizzato a loro. L'indirizzo nel frame viene confrontato con l'indirizzo MAC del dispositivo. Se gli indirizzi corrispondono, il dispositivo accetta il frame.

Campo dell'indirizzo MAC di origine

Il campo Indirizzo destinazione MAC (6 byte) identifica la NIC o l'interfaccia del frame di invio. Gli switch usano anche questo indirizzo per aggiungerlo alle loro tabelle di mapping. Il ruolo degli switch verrà discusso più avanti in questa sezione.

Lunghezza / tipo di campo

Per qualsiasi standard IEEE 802.3 precedente al 1997, il campo Lunghezza definisce la lunghezza esatta del campo dati del frame. Questo verrà successivamente utilizzato come parte dell'FCS per garantire che il messaggio sia stato ricevuto correttamente. Se lo scopo del campo è determinare il tipo, come in Ethernet II, il campo Tipo descrive quale protocollo è implementato.

Queste due applicazioni sul campo sono state ufficialmente combinate nel 1997 nello standard IEEE 802.3x perché entrambe le applicazioni erano comuni. Il campo Ethernet Tipo II è incluso nell'attuale definizione di frame 802.3. Quando un nodo riceve un frame, deve esaminare il campo Lunghezza per determinare quale protocollo di livello superiore è presente in esso. Se il valore di due ottetti è maggiore o uguale al numero esadecimale 0x0600 o al numero decimale 1536, il contenuto del campo Dati viene decodificato in base al tipo di protocollo indicato. Se il valore del campo è inferiore o uguale al numero esadecimale 0x05DC o al numero decimale 1500, il campo Lunghezza viene utilizzato per indicare l'uso del formato di frame IEEE 802.3. Ciò distingue tra frame Ethernet II e 802.3.

Campi dati e imballaggio

I campi Data e Packing (da 46 a 1500 byte) contengono dati incapsulati da un livello superiore, che è una PDU di livello 3 tipica, in genere un pacchetto IPv4. Tutti i frame devono essere lunghi almeno 64 byte. Se viene incapsulato un pacchetto più piccolo, l'imballaggio viene utilizzato per aumentare le dimensioni della cornice a questa dimensione minima.

IEEE mantiene un elenco generico di tipi Ethernet II.

Le reti Ethernet a livello di collegamento dati utilizzano frame di 4 formati diversi. Ciò è dovuto alla lunga storia dello sviluppo della tecnologia Ethernet, risalente all'adozione degli standard IEEE 802, quando il sottostrato LLC non si è distinto dal protocollo generale e, di conseguenza, l'intestazione LLC non è stata utilizzata.

Le differenze nei formati dei frame possono portare a incompatibilità nel funzionamento di hardware e software di rete progettati per funzionare con un solo standard di frame Ethernet. Tuttavia, oggi quasi tutte le schede di rete, i driver delle schede di rete, i bridge / switch e i router possono funzionare con tutti i formati di frame della tecnologia Ethernet utilizzati nella pratica e il riconoscimento del tipo di frame viene eseguito automaticamente.

Di seguito è una descrizione di tutti e quattro i tipi di frame Ethernet (qui, un frame si riferisce all'intero set di campi che appartengono al livello di collegamento dati, ovvero ai campi di livello MAC e LLC). Uno stesso tipo di frame può avere nomi diversi; pertanto, per ogni tipo di frame sono riportati di seguito alcuni dei nomi più comuni:

frame 802.3 / LLC (frame 802.3 / 802.2 o frame Novell 802.2);

frame Raw 802.3 (o frame Novell 802.3)

ethernet DIX frame (o Ethernet II frame);

frame Ethernet SNAP.

I formati di tutti e quattro questi tipi di frame Ethernet sono mostrati in Fig. 10.3.

Telaio 802.3 / LLC

L'intestazione del frame 802.3 / LLC è il risultato della combinazione dei campi dell'intestazione del frame definiti in IEEE 802.3 e 802.2.

Lo standard 802.3 definisce otto campi di intestazione (Fig. 10.3; il campo del preambolo e il delimitatore del frame iniziale non sono mostrati in figura).

Preamboloconsiste di sette byte di sincronizzazione 10101010. Nella codifica di Manchester, questa combinazione appare nel mezzo fisico come un segnale ad onda periodica con una frequenza di 5 MHz.

Delimitatore di inizio frame, SFDè costituito da un byte 10101011. L'aspetto di questa combinazione di bit indica che il byte successivo è il primo byte dell'intestazione del frame.

Indirizzo di destinazione (DA)può essere lungo 2 o 6 byte. In pratica, vengono sempre utilizzati indirizzi di 6 byte.

Indirizzo di origine (SA) -questo è un campo a 2 o 6 byte contenente l'indirizzo del nodo - il mittente del frame. Il primo bit dell'indirizzo è sempre 0.

Lunghezza (L) -Un campo a 2 byte che definisce la lunghezza del campo dati nel frame.

Campo datipuò contenere da 0 a 1500 byte. Ma se la lunghezza del campo è inferiore a 46 byte, viene utilizzato il seguente campo - il campo di riempimento - per integrare il frame al valore minimo consentito di 46 byte.

Campo di imbottituraè costituito da un numero di byte di segnaposto che fornisce una lunghezza minima del campo dati di 46 byte. Ciò garantisce il corretto funzionamento del meccanismo di rilevamento delle collisioni. Se la lunghezza del campo dati è sufficiente, il campo di riempimento non appare nel riquadro.

Field Check Sequence (PCS)è composto da 4 byte contenenti il \u200b\u200bchecksum. Questo valore viene calcolato utilizzando l'algoritmo CRC-32.

Un frame 802.3 è un frame sublayer MAC; pertanto, in conformità con lo standard 802.2, un frame sublayer LLC con flag di inizio e fine eliminati è incorporato nel suo campo dati. Il formato del frame LLC è stato descritto sopra. Poiché il frame LLC ha una lunghezza dell'intestazione di 3 (in modalità LLC1) o 4 byte (in modalità LLC2), la dimensione massima del campo dati è ridotta a 1497 o 1496 byte.

Figura 10.3 Formati frame Ethernet

Il frame Raw 802.3, chiamato anche frame Novell 802.3, è mostrato nella Figura 2. 10.3. La figura mostra che si tratta di un frame sublayer MAC 802.3, ma senza frame sublayer LLC incorporato. Novell non utilizza da molto tempo i campi dei servizi di frame LLC nel suo sistema operativo NetWare a causa della mancanza della necessità di identificare il tipo di informazioni incorporate nel campo dati: conteneva sempre il pacchetto di protocollo IPX, che per lungo tempo era l'unico protocollo di livello di rete nel sistema operativo NetWare.

Telaio   Ethernet DIX / Ethernet II

Un frame Ethernet DIX, chiamato anche frame Ethernet II, ha una struttura (vedi Figura 10.3) che corrisponde alla struttura di un frame Raw 802.3. Tuttavia, un campo di 2 byte Lunghezza (L)frame 802.3 grezzo per frame Ethernet DIXutilizzato come campo del tipo di protocollo. Questo campo, ora noto come Toure (T) o EtherType, è destinato agli stessi scopi dei campi DSAP e SSAP del frame LLC - per indicare il tipo di protocollo di livello superiore che ha incorporato il suo pacchetto nel campo dati di questo frame.

Telaio Ethernet SNAP

Per eliminare le incoerenze nelle codifiche dei tipi di protocollo i cui messaggi sono incorporati nel campo dei dati del frame Ethernet, il comitato 802.2 ha svolto lavori per standardizzare ulteriormente i frame Ethernet. Il risultato è un frame Ethernet SNAP (SNAP - Subnetwork Access Protocol). Un frame SNAP Ethernet (vedere la Figura 10.3) è un'estensione di un frame 802.3 / LLC introducendo un'intestazione del protocollo SNAP aggiuntiva, che consiste di due campi: OUI e Tour. Il campo Toure è composto da 2 byte e ripete il campo Toure del frame Ethernet II in formato e scopo (ovvero utilizza gli stessi valori del codice di protocollo). Il campo OUI (Organizationally Unique Identifier) \u200b\u200bdefinisce l'identificatore dell'organizzazione che controlla i codici di protocollo nel campo Tour. Utilizzando l'intestazione SNAP, è stata raggiunta la compatibilità con i codici di protocollo nei frame Ethernet II ed è stato creato uno schema di codifica del protocollo universale. I codici di protocollo per le tecnologie 802 sono controllati dall'IEEE, che ha un OUI di 000000. Se in futuro sono richiesti altri codici di protocollo per qualsiasi nuova tecnologia, basta specificare un identificatore diverso dell'organizzazione che assegna questi codici e i vecchi valori di codice rimarranno validi (in combinato con un'altra OUI).

  Storia

La tecnologia Ethernet è stata sviluppata insieme a molti dei primi progetti di Xerox PARC. È generalmente accettato che Ethernet sia stata inventata il 22 maggio 1973, quando Robert Metcalf ( Robert Metcalfe) ha compilato un memo per il capitolo PARC sul potenziale della tecnologia Ethernet. Ma Metcalf ha ottenuto il diritto legale alla tecnologia qualche anno dopo. Nel 1976, lui e il suo assistente David Boggs pubblicarono un opuscolo intitolato Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks R. M. Metcalfe  e D. R. Boggs. Ethernet: commutazione di pacchetti distribuiti per reti di computer locali. // ACM Communications, 19 (5): 395--404, luglio 1976.

Metcalfe lasciò Xerox nel 1979 e fondò 3Com per promuovere computer e reti locali (LAN). È riuscito a convincere DEC, Intel e Xerox a lavorare insieme e sviluppare lo standard Ethernet (DIX). Questo standard è stato pubblicato per la prima volta il 30 settembre 1980. Iniziò una rivalità con due grandi tecnologie brevettate: Token Ring e Arcnet, che furono presto sepolti sotto l'ondata di prodotti Ethernet. Nel processo di lotta, 3Com è diventata la principale azienda in questo settore.

  Tecnologia

Lo standard delle prime versioni (Ethernet v1.0 ed Ethernet v2.0) afferma che un cavo coassiale viene utilizzato come mezzo di trasmissione, in seguito è diventato possibile utilizzare doppini e un cavo ottico.

Le varianti Ethernet più diffuse sono designate come 10Base2, 100BaseTX, ecc. Qui, il primo elemento indica la velocità di trasmissione, Mbps. Secondo elemento:

• Base - trasmissione diretta (non modulata),
• Ampio - uso di un cavo a banda larga con multiplexing a divisione di frequenza.

Il terzo elemento: lunghezza del cavo arrotondato in centinaia di metri (10Base2 - 185 m, 10Base5 - 500 m) o mezzo di trasmissione (T, TX, T2, T4 - coppie intrecciate, FX, FL, FB, SX e LX - fibra ottica, CX - biassiale cavo per Gigabit Ethernet).

Le ragioni per passare alla coppia twistata sono state:

• la capacità di lavorare in modalità duplex;
• basso costo del cavo a doppino intrecciato;
• maggiore affidabilità della rete in caso di malfunzionamento del cavo;
• maggiore immunità al rumore quando si utilizza un segnale differenziale;
• la capacità di alimentare nodi a basso consumo di cavi, come telefoni IP (standard Power over Ethernet, POE);
• mancanza di comunicazione galvanica (flusso di corrente) tra i nodi di rete. Quando si utilizza un cavo coassiale in condizioni russe, dove di solito non esiste la messa a terra dei computer, l'uso di un cavo coassiale è stato spesso accompagnato da una rottura delle schede di rete e talvolta persino da un completo "esaurimento" dell'unità di sistema.

Il motivo per passare al cavo ottico era la necessità di aumentare la lunghezza del segmento senza ripetitori.

Metodo di controllo degli accessi (per una rete via cavo coassiale): accesso multiplo con controllo del vettore e rilevamento delle collisioni (CSMA / CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), velocità di trasferimento dati 10 Mbps, dimensione del pacchetto da 72 a 1526 byte, descritta metodi di codifica dei dati. La modalità operativa è half duplex, ovvero il nodo non può trasmettere e ricevere simultaneamente informazioni. Il numero di nodi in un segmento di rete condiviso è limitato da un limite di 1024 stazioni di lavoro (le specifiche del livello fisico possono impostare restrizioni più rigorose, ad esempio non più di 30 stazioni di lavoro possono essere collegate a un segmento coassiale sottile e non più di 100 a un segmento coassiale spesso). Tuttavia, una rete costruita su un segmento condiviso diventa inefficiente molto prima che venga raggiunto il limite del numero di nodi, principalmente a causa dell'operazione half-duplex.

La maggior parte delle schede Ethernet e di altri dispositivi supportano velocità dati multiple utilizzando velocità e duplex di autonegotiation per ottenere la migliore connessione tra i due dispositivi. Se il rilevamento automatico non funziona, la velocità si adatta al partner e viene attivata la trasmissione half-duplex. Ad esempio, la presenza di una porta Ethernet 10/100 nel dispositivo indica che può essere utilizzata con le tecnologie 10BASE-T e 100BASE-TX e la porta Ethernet 10/100/1000 supporta 10BASE-T, 100BASE-TX e 1000BASE- T.

  Modifiche Ethernet iniziali

• Xerox Ethernet  - la tecnologia originale, a 3 Mbps di velocità, esisteva in due versioni, Versione 1 e Versione 2, il formato frame dell'ultima versione è ancora ampiamente utilizzato.
• 10BROAD36  - non ampiamente utilizzato. Uno dei primi standard a lavorare su lunghe distanze. Tecnologia utilizzata di modulazione a banda larga, simile a quella utilizzata nei modem via cavo. Come mezzo di trasmissione dati, è stato utilizzato un cavo coassiale.
• 1BASE5  - Conosciuto anche come StarLAN, è stata la prima modifica della tecnologia Ethernet mediante doppino. Ha funzionato a una velocità di 1 Mbps, ma non ha trovato un'applicazione commerciale.

  Ethernet a 10 Mbps

• 10BASE5, IEEE 802.3 (chiamato anche "Thick Ethernet") è uno sviluppo tecnologico iniziale con una velocità di trasferimento dati di 10 Mbps. Seguendo i primi standard IEEE, utilizza un cavo coassiale da 50 ohm (RG-8) con una lunghezza massima del segmento di 500 metri.
• 10BASE2, IEEE 802.3a (chiamato "Ethernet sottile"): viene utilizzato un cavo RG-58, con una lunghezza massima del segmento di 200 metri, i computer sono collegati tra loro, è necessario un connettore a T per collegare il cavo alla scheda di rete e il cavo deve avere un connettore BNC . I terminatori sono richiesti ad ogni estremità. Per molti anni questo standard è stato fondamentale per la tecnologia Ethernet.
• StarLAN 10  - Il primo sviluppo con doppino intrecciato per la trasmissione di dati a una velocità di 10 Mbps. Si è ulteriormente evoluto nello standard 10BASE-T.

Nonostante sia teoricamente possibile collegare più di due dispositivi che funzionano in modalità simplex a un singolo cavo (segmento) di un cavo a doppino intrecciato, tale schema non viene mai utilizzato per Ethernet, a differenza del lavoro con un cavo coassiale. Pertanto, tutte le reti su un cavo a doppino intrecciato utilizzano la topologia a stella, mentre le reti sul cavo coassiale sono costruite sulla topologia del bus. I terminatori per il funzionamento a doppino intrecciato sono integrati in ciascun dispositivo e non è necessario utilizzare terminatori esterni aggiuntivi nella linea.

• 10BASE-T, IEEE 802.3i - 4 fili di cavo a doppino intrecciato (due doppini intrecciati) di categoria 3 o categoria 5 vengono utilizzati per la trasmissione dei dati. La lunghezza massima del segmento è di 100 metri.
• FOIRL  - (acronimo di link inter-ripetitore a fibra ottica). Lo standard di base per la tecnologia Ethernet che utilizza un cavo ottico per il trasferimento dei dati. La distanza massima di trasmissione dei dati senza ripetitore è di 1 km.
• 10BASE-F, IEEE 802.3j - Il termine base per una famiglia di standard Ethernet a 10 Mbps che utilizza cavi in \u200b\u200bfibra ottica fino a 2 chilometri di distanza: 10BASE-FL, 10BASE-FB e 10BASE-FP. Di quanto sopra, solo 10BASE-FL era ampiamente utilizzato.
• 10BASE-FL  (Fiber Link) - Una versione migliorata dello standard FOIRL. Il miglioramento ha interessato l'aumento della lunghezza del segmento a 2 km.
• 10BASE-FB  (Fibra dorsale) - Ora uno standard inutilizzato, destinato a combinare ripetitori in un bagagliaio.
• 10BASE-FP  (Fibra passiva) - La topologia della "stella passiva" in cui non sono necessari ripetitori non è mai stata applicata.

  Fast Ethernet (Fast Ethernet, 100 Mbps)

• 100BASE-T  - un termine generale per standard che utilizzano un cavo a doppino intrecciato come mezzo. Lunghezza del segmento fino a 100 metri. Include gli standard 100BASE-TX, 100BASE-T4 e 100BASE-T2.
• 100BASE-TX, IEEE 802.3u - Sviluppo dello standard 10BASE-T per l'uso in reti di topologia a stella. È coinvolto il cavo a doppino intrecciato di categoria 5, infatti vengono utilizzate solo due coppie di conduttori non schermati, la trasmissione di dati duplex è supportata, distanza fino a 100 m.
• 100BASE-T4  - uno standard che utilizza una coppia intrecciata di categoria 3. Sono coinvolte tutte e quattro le coppie di conduttori, la trasmissione dei dati avviene in half duplex. Quasi non usato
• 100BASE-T2 - Uno standard che utilizza cavi a doppino intrecciato di categoria 3. Sono coinvolte solo due coppie di conduttori. Il full duplex è supportato quando i segnali viaggiano in direzioni opposte su ciascuna coppia. La velocità di trasmissione in una direzione è di 50 Mbps. Quasi non usato
• 100BASE-SX  - Uno standard che utilizza fibra multimodale. La lunghezza massima del segmento è di 400 metri in half duplex (per il rilevamento garantito delle collisioni) o 2 chilometri in full duplex.
• 100BASE-FX  - Uno standard che utilizza la fibra monomodale. La lunghezza massima è limitata solo dall'attenuazione del cavo in fibra ottica e dalla potenza dei trasmettitori.
• 100BASE-FX WDM  - Uno standard che utilizza la fibra monomodale. La lunghezza massima è limitata solo dall'attenuazione del cavo in fibra ottica e dalla potenza dei trasmettitori. Le interfacce sono di due tipi, differiscono per la lunghezza d'onda del trasmettitore e sono contrassegnate con numeri (lunghezza d'onda) o con una lettera latina A (1310) o B (1550). Solo le interfacce di coppia possono funzionare in una coppia: da un lato, il trasmettitore è a 1310 nm e, dall'altro, a 1550 nm.

Internet veloce

Fast Ethernet (IEEE802.3u, 100BASE-X) è un insieme di standard per la trasmissione di dati nelle reti di computer, con una velocità fino a 100 Mbit / s, in contrasto con Ethernet convenzionale (10 Mbit / s).

  Gigabit Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Gb / s)

• 1000BASE-T, IEEE 802.3ab è uno standard che utilizza le categorie 5e a coppie intrecciate. Tutte e 4 le coppie partecipano al trasferimento dei dati. La velocità di trasferimento dei dati è di 250 Mbps per una coppia. Viene utilizzato il metodo di codifica PAM5, la frequenza fondamentale è 62,5 MHz.
• 1000BASE-TX  è stato creato dalla Telecommunications Industry Association Associazione dell'industria delle telecomunicazioni, TIA) e pubblicato nel marzo 2001 come "Specifiche Ethernet duplex 1000 Mb / s (1000BASE-TX) per sistemi di cavi simmetrici di categoria 6 (ANSI / TIA / EIA-854-2001)" (Ing. "Una specifica Ethernet full duplex per 1000 Mbis / s (1000BASE-TX) operante su cavi a coppie intrecciate bilanciate di categoria 6 (ANSI / TIA / EIA-854-2001)") Lo standard utilizza trasmissione-ricezione separata (1 coppia per trasmissione, 1 coppia per ricezione, per ciascuna coppia i dati vengono trasmessi ad una velocità di 500 Mbps), il che semplifica notevolmente la progettazione dei ricetrasmettitori. Di conseguenza, per l'utilizzo stabile di questa tecnologia è necessario un sistema di cavi di alta qualità, quindi 1000BASE-TX può utilizzare solo cavi di categoria 6. Un'altra differenza significativa tra 1000BASE-TX è la mancanza di uno schema di compensazione digitale per i pickup e l'interferenza di ritorno, a seguito del quale la complessità, il consumo di energia e il prezzo dei processori diventano inferiori a quelli dei processori 1000BASE-T. Quasi nessun prodotto è stato creato sulla base di questo standard, anche se 1000BASE-TX utilizza un protocollo più semplice rispetto allo standard 1000BASE-T, e quindi può utilizzare componenti elettronici più semplici.
• 1000BASE-X  è un termine generico per gli standard con ricetrasmettitori GBIC o SFP rimovibili.
• 1000BASE-SX, IEEE 802.3z è uno standard che utilizza la fibra multimodale. Il raggio di trasmissione del segnale senza ripetitore è fino a 550 metri.
• 1000BASE-LX, IEEE 802.3z è uno standard che utilizza la fibra monomodale. Il raggio di trasmissione del segnale senza ripetitore è fino a 80 chilometri.
• 1000BASE-CX  - Uno standard per brevi distanze (fino a 25 metri) utilizzando un cavo biassiale con impedenza d'onda di 150 ohm. Sostituito dallo standard 1000BASE-T e non viene utilizzato ora.
• 1000BASE-LH  (Lungo raggio) - Uno standard che utilizza la fibra monomodale. Il raggio di trasmissione del segnale senza ripetitore è fino a 100 chilometri.

  10 Gigabit Ethernet

Il nuovo standard 10 Gigabit Ethernet include sette standard di ambiente fisico per LAN, MAN e WAN. È attualmente descritto dall'emendamento IEEE 802.3ae e dovrebbe essere incluso nella prossima revisione dello standard IEEE 802.3.

• 10GBASE-CX4  - Tecnologia 10 Gigabit Ethernet per brevi distanze (fino a 15 metri), utilizzando un cavo in rame CX4 e connettori InfiniBand.
• 10GBASE-SR  - Tecnologia 10 Gigabit Ethernet per brevi distanze (fino a 26 o 82 metri, a seconda del tipo di cavo), viene utilizzata la fibra multimodale. Supporta anche distanze fino a 300 metri utilizzando la nuova fibra multimodale (2000 MHz / km).
• 10GBASE-LX4  - utilizza il multiplexing a lunghezza d'onda per supportare distanze da 240 a 300 metri su fibra multimodale. Supporta anche distanze fino a 10 chilometri quando si utilizza la fibra monomodale.
• 10GBASE-LR  e 10GBASE-ER - Questi standard supportano distanze fino a 10 e 40 chilometri, rispettivamente.
• 10GBASE-SW, 10GBASE-LW  e 10GBASE-EW  - Questi standard utilizzano un'interfaccia fisica compatibile in formato velocità e dati con l'interfaccia SONET / SDH OC-192 / STM-64. Sono simili agli standard 10GBASE-SR, 10GBASE-LR e 10GBASE-ER, rispettivamente, poiché utilizzano gli stessi tipi di cavi e distanze di trasmissione.
• 10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 - Adottato nel giugno 2006 dopo 4 anni di sviluppo. Utilizza un cavo a doppino intrecciato schermato. Distanze - fino a 100 metri.

Lo standard 10 Gigabit Ethernet è ancora troppo giovane, quindi ci vorrà del tempo per capire quale dei suddetti standard di trasmissione sarà veramente richiesto sul mercato. 10 gigabit / secondo non è il limite. Lo sviluppo di 1000 G Ethernet e superiori è già in corso.

Si distinguono tre elementi principali dello standard: il formato del frame, un sistema di allarme tra le stazioni di lavoro durante la trasmissione di dati tramite il protocollo CSMA / CD e un set di supporti fisici: cavo coassiale, doppino intrecciato, cavo in fibra ottica.

Formato frame Ethernet

In fig. 7-2 mostra il formato del frame Ethernet. I campi hanno i seguenti scopi:
  - Preambolo: 7 byte, ognuno dei quali rappresenta un'alternanza di uno e zero 10101010. Il preambolo consente di impostare la sincronizzazione dei bit sul lato ricevente.
  - Avvia delimitatore frame (SFD): 1 byte, sequenza 10101011. indica che seguiranno i campi informativi del frame. Questo byte può essere assegnato al preambolo.
  - Indirizzo di destinazione (DA, indirizzo di destinazione): 6 byte, indica l'indirizzo MAC della stazione (indirizzi MAC delle stazioni) a cui è destinato questo frame. Può essere un singolo indirizzo fisico (unicast), un indirizzo multicast o un indirizzo di trasmissione.
  - Indirizzo mittente (SA, indirizzo sorgente): byte, indica l'indirizzo MAC della stazione che invia il frame.
- Campo di tipo o lunghezza del frame (T o L, tipo o lunghezza): 2 byte. Esistono due formati di frame Ethernet di base (nei formati grezzi di terminologia inglese): EthernetII e IEEE 802.3 (Fig. 7.2), e questo campo ha uno scopo diverso per loro. Per un frame EthernetII, questo campo contiene informazioni sul tipo di frame. Di seguito sono riportati i valori esadecimali per questo campo per alcuni protocolli di rete comuni: 0x0800 per IP, 0x0806 per ARP, 0x809V per AppleTalk, 0x0600 per XNS e 0x8137 per IPX / SPX. Con l'indicazione di un valore specifico (uno dei elencati) in questo campo, il frame acquisisce il formato reale e in questo formato il frame può già essere distribuito sulla rete.
  - Per un frame IEEE 802.3, questo campo contiene le dimensioni del campo successivo, espresso in byte, nel campo Dati LLC. Se questo numero determina una lunghezza totale del frame inferiore a 64 byte, il campo Pad viene aggiunto dietro il campo Dati LLC. Per un protocollo di livello superiore, non c'è confusione con la determinazione del tipo di frame, poiché per un frame IEEE 802.3 il valore di questo campo non può essere superiore a 1500 (0x05DC). Pertanto, entrambi i formati di frame possono coesistere liberamente sulla stessa rete; inoltre, una scheda di rete può interagire con entrambi i tipi attraverso lo stack di protocollo.
  - Dati (dati LLC): un campo dati che viene elaborato dal sublayer LLC. Il frame IEEE 802.3 non è ancora definitivo. A seconda dei valori dei primi byte di questo campo, potrebbero esserci tre formati finali per questo frame IEEE 802.3:
  - Ethernet_802.3 (non un formato standard attualmente non aggiornato utilizzato da Novell) - i primi due byte di LLC Data sono 0xFFFF;
  - EthernetSNAP (formato standard IEEE 802.2 SNAP, che è maggiormente preferito nelle reti moderne, in particolare per il protocollo TCP / IP) - il primo byte di LLC Data è 0xAA;
  - Ethernet_802.2 (formato IEEE 802.2 standard utilizzato da Novell in NetWare 4.0) - il primo byte di LLC Data non è né 0xFF (11111111) né 0xAA (10101010).

Un campo aggiuntivo (pad - filler) - viene compilato solo se il campo dati è piccolo, al fine di estendere la lunghezza del frame a una dimensione minima di 64 byte - il preambolo non viene preso in considerazione. Il limite inferiore sulla lunghezza minima del telaio è necessario per la corretta risoluzione delle collisioni.

Frame Check Sequence (FCS): un campo a 4 byte che visualizza il checksum calcolato utilizzando un codice di ridondanza ciclico sui campi del frame, ad eccezione dei preamboli SDF e FCS.

Figura. 7.2. Due formati base di frame MAC Ethernet

Varianti di base di algoritmi di accesso casuale per l'ambiente

Il protocollo CSMA / CD definisce la natura dell'interazione delle stazioni di lavoro nella rete con un unico mezzo di trasmissione dati comune a tutti i dispositivi. Tutte le stazioni hanno pari condizioni per la trasmissione dei dati. Non esiste una sequenza specifica in base alla quale le stazioni possono accedere al supporto per la trasmissione. È in questo senso che l'accesso all'ambiente viene effettuato in modo casuale. L'implementazione di algoritmi di accesso casuale sembra essere un compito molto più semplice rispetto all'implementazione di algoritmi di accesso deterministico. Poiché in quest'ultimo caso è necessario un protocollo speciale che monitora il funzionamento di tutti i dispositivi di rete (ad esempio un protocollo di circolazione token specifico per le reti Token Ring e FDDI) o uno speciale dispositivo hub master dedicato, che in una certa sequenza consentirebbe a tutte le altre stazioni di trasmettere (reti Arcnet, 100 VG AnyLAN).

Tuttavia, la rete con accesso casuale presenta uno, forse il principale, svantaggio: non è un'operazione abbastanza stabile della rete ad alta congestione, quando può impiegare molto tempo prima che questa stazione possa trasmettere dati. La ragione di ciò sono le collisioni che si verificano tra stazioni che hanno iniziato la trasmissione simultaneamente o quasi contemporaneamente. Quando si verifica una collisione, i dati trasmessi non raggiungono i destinatari e le stazioni trasmittenti devono riprendere la trasmissione.

Diamo una definizione: l'insieme di tutte le stazioni di rete, la trasmissione simultanea di qualsiasi coppia che porta a una collisione, viene chiamato dominio di collisione (dominio di collisione). A causa della collisione (conflitto), possono verificarsi ritardi imprevedibili durante la distribuzione dei frame sulla rete, specialmente quando la rete è pesantemente caricata (molte stazioni tentano di trasmettere simultaneamente all'interno del dominio di conflitto,\u003e 20-25) e con un diametro elevato del dominio del conflitto (\u003e 2 km). Pertanto, quando si creano reti, è consigliabile evitare tali modalità operative estreme.

Il problema della costruzione di un protocollo in grado di risolvere le collisioni nel modo più razionale e di ottimizzare il funzionamento della rete a carichi elevati è stato uno dei problemi chiave nella fase di formazione dello standard Ethernet IEEE 802.3. Tre approcci primari sono stati inizialmente considerati candidati per l'implementazione dello standard di accesso casuale all'ambiente (Fig. 7.3): non costante, 1 costante e p-costante.

Figura. 7.3. Algoritmi ad accesso casuale multiplo (CSMA) e ritardo in una situazione di conflitto (backoff di collisione)

Algoritmo non persistente (non persistente). Con questo algoritmo, la stazione che vuole trasmettere è guidata dalle seguenti regole.

1. Ascolta il supporto e se il supporto è libero (ovvero, se non vi è altra trasmissione o non vi è alcun segnale di collisione), trasmette, altrimenti il \u200b\u200bmezzo è occupato - procede al passaggio 2.
  2. Se l'ambiente è occupato, attende un tempo casuale (secondo una certa curva di distribuzione della probabilità) e ritorna al passaggio 1.

L'uso di un valore di attesa casuale quando l'ambiente è occupato riduce la probabilità di collisioni. Supponiamo, in caso contrario, che le due stazioni stessero per trasmettere quasi simultaneamente, mentre la terza stava già trasmettendo. Se i primi due non avessero avuto un tempo di attesa casuale prima dell'inizio della trasmissione (se il mezzo era occupato), ma solo ascoltato il mezzo e aspettato che si liberasse, quindi dopo che la terza stazione ha smesso di trasmettere i primi due avrebbero iniziato a trasmettere contemporaneamente, il che avrebbe inevitabilmente portato a alle collisioni. Pertanto, l'attesa casuale elimina la possibilità di tali collisioni. Tuttavia, l'inconveniente di questo metodo si manifesta nell'uso inefficiente della larghezza di banda del canale. Dal momento che può accadere che quando il supporto è libero, la stazione che vuole trasmettere attenda ancora qualche tempo a caso prima di decidere di ascoltare il supporto, perché prima stava già ascoltando il mezzo che era occupato. Di conseguenza, il canale resterà inattivo per qualche tempo, anche se solo una stazione è in attesa di trasmissione.

Algoritmo 1 persistente. Per ridurre i tempi in cui l'ambiente non è occupato, è possibile utilizzare un algoritmo a 1 costante. Con questo algoritmo, la stazione che vuole trasmettere è guidata dalle seguenti regole.

1. Ascolta il supporto e, se il supporto non è occupato, trasmette, altrimenti procede al passaggio 2;
2. Se il supporto è occupato, continua ad ascoltare il supporto fino a quando il supporto è libero e non appena il supporto è libero, inizia immediatamente la trasmissione.

Confrontando algoritmi non costanti e 1 costante, possiamo dire che in un algoritmo 1 costante, una stazione che vuole trasmettere si comporta in modo più "egoistico". Pertanto, se due o più stazioni sono in attesa di trasmissione (in attesa che il supporto sia libero), si può dire che una collisione è garantita. Dopo una collisione, le stazioni iniziano a decidere cosa fare dopo.

Algoritmo P-persistente. Le regole di questo algoritmo sono le seguenti:
  1. Se il mezzo è libero, la stazione con probabilità p inizia la trasmissione immediatamente o con probabilità (1-p) attende l'intervallo di tempo T. L'intervallo T è di solito considerato uguale al tempo massimo di propagazione del segnale dalla fine alla fine della rete;
  2. Se il supporto è occupato, la stazione continua ad ascoltare fino a quando il supporto è libero, quindi passa al punto 1;
  3. Se la trasmissione è ritardata di un intervallo T, la stazione torna al passaggio 1.

E qui sorge la domanda di scegliere il valore più efficace del parametro p. Il problema principale è come evitare l'instabilità a download elevati. Considerare una situazione in cui n stazioni intendono trasmettere frame mentre la trasmissione è già in corso. Alla fine della trasmissione, il numero previsto di stazioni che proveranno a trasmettere sarà uguale al prodotto del numero di persone che vogliono trasmettere stazioni in base alla probabilità di trasmissione, ovvero, ecc. Se np\u003e 1, in media diverse stazioni proveranno a trasmettere immediatamente, il che provocherà una collisione. Inoltre, non appena viene rilevata una collisione, tutte le stazioni passeranno nuovamente al punto 1, che causerà una collisione ripetuta. Nel peggiore dei casi, nuove stazioni che desiderano trasmettere possono essere aggiunte ad n, il che aggraverà ulteriormente la situazione, portando, in ultima analisi, a una collisione continua e a un flusso zero. Per evitare una simile catastrofe, la pr dovrebbe essere inferiore all'unità. Se la rete è soggetta al verificarsi di stati in cui molte stazioni vogliono trasmettere contemporaneamente, è necessario ridurre p. D'altra parte, quando p diventa troppo piccolo, anche una singola stazione può attendere in media (1 - p) / p intervalli T prima di trasmettere. Quindi, se p \u003d 0.1, il tempo medio di inattività che precede il trasferimento sarà 9T.