1000Base-X

Specyfikacja 1000BASE-X wykorzystuje media światłowodowe. Ten standard jest oparty na technologii opartej na standardzie ANSI Fibre Channel (ANSI X3T11).

Technologia 1000BASE-X umożliwia korzystanie z trzech różne środowiska transmisji, stąd istnieją trzy odmiany: 1000BASE-SX, 1000BASE-LX i 1000BASE-CX.

1000Base-SX

Najczęściej stosowana i najtańsza technologia oparta na standardowym włóknie wielomodowym. Maksymalna odległość dla 1000BASE-SX to 220 metrów. Użyta długość fali to 850nm, S oznacza krótką długość fali.

Oczywiście wartość tę można osiągnąć tylko przy transmisji danych w trybie pełnego dupleksu, gdyż czas podwójnej wymiany sygnału na dwóch segmentach po 220 metrów wynosi 4400 bt, co przekracza granicę 4095 bt nawet bez uwzględnienia repeatera i adapterów sieciowych. W przypadku transmisji w trybie półdupleksu maksymalne wartości segmentów światłowodu muszą być zawsze mniejsze niż 100 metrów.

1000Base-LX

Standard 1000BASE-LX jest zwykle używany z włóknami jednomodowymi o odległości 5 kilometrów. Specyfikacja 1000Base-LX może również działać na kablu wielomodowym. W tym przypadku odległość graniczna okazuje się niewielka - 550 metrów.

W specyfikacji 1000Base-LX jako źródło światła zawsze używany jest laser półprzewodnikowy 1300 nm.

1000Base-СX

Technologia 1000BASE-CX wykorzystuje najbardziej charakterystyczne środowisko spośród trzech. Jest to rozwiązanie aplikacyjne, które wykorzystuje wstępnie zaciskane, ekranowane skrętki.

Złącze nie jest prostym złączem RJ-45, zwykle używanym w 10/100 / 1000Base-T. Zamiast tego do zakończenia tych dwóch par przewodów stosuje się DB-9 lub HSSDS. Technologia 1000BASE-CX działa na odległości do 25 m, co ogranicza jej zastosowanie do małych obszarów.

1000Base-T

Specyfikacja 1000Base-T działa na skrętce kategorii 5.

Każda para kabli kategorii 5 ma gwarantowaną szerokość pasma do 100 MHz. Aby przesyłać dane takim kablem z prędkością 1000 Mbit / s, zdecydowano się zorganizować transmisję równoległą na wszystkich 4 parach kabla jednocześnie.

To natychmiast zmniejszyło szybkość przesyłania danych na każdej parze do 250 Mb / s.

Do zakodowania danych zastosowano kod PAM5, wykorzystując 5 poziomów potencjału: -2, -1, 0, +1, +2. Dlatego w jednym cyklu zegara w jednej parze przesyłane są 2322 bity informacji. Dlatego częstotliwość zegara można zmniejszyć do 125 MHz zamiast 250 MHz. Ponadto, jeśli nie używasz wszystkich kodów, ale przesyłasz 8 bitów na zegar (w 4 parach), wówczas wymagana prędkość transmisji 1000 Mbit / s jest utrzymywana i nadal jest zapas nieużywanych kodów, ponieważ kod PAM5 zawiera 5 4 \u003d 625 kombinacji, oraz jeśli przesyłamy 8 bitów danych w jednym cyklu zegara przez wszystkie cztery pary, to wymaga to tylko 2 8 \u003d 256 kombinacji. Odbiornik może wykorzystać pozostałe kombinacje do sterowania odebraną informacją i alokacją prawidłowe kombinacje na tle hałasu. Kod PAM5 przy 125 MHz mieści się w paśmie 100 MHz kabla kategorii 5.

Aby rozpoznać kolizje i zorganizować tryb pełnego dupleksu, specyfikacja wykorzystuje technikę, w której oba nadajniki pracują względem siebie na każdej z 4 par w tym samym zakresie częstotliwości, ponieważ używają tego samego kodu potencjału PAM5 (rys.12) ... Hybrydowy schemat odsprzęgania H umożliwia jednoczesne używanie nadajnika i odbiornika tego samego węzła zakręcona para do odbioru i transmisji.

Rysunek 12. Dwukierunkowa transmisja przez 4 pary UTP cat5 w Gigabit

Aby oddzielić odebrany sygnał od własnego, odbiornik odejmuje swój znany sygnał od sygnału wynikowego. Nie jest to prosta operacja i do jej wykonania służą specjalne cyfrowe procesory sygnałowe - DSP (Digital Signal Processor).

Pola ramki preambuły (7 bajtów) i ogranicznika początkowej ramki (SFD) (1 bajt) w sieci Ethernet są używane do synchronizacji między urządzeniami wysyłającymi i odbierającymi. Te pierwsze osiem bajtów ramki służy do zwrócenia uwagi węzłów odbiorczych. Zasadniczo pierwsze kilka bajtów nakazuje odbiorcom przygotowanie się do odbioru nowej ramki.

Pole docelowego adresu MAC

Pole Docelowy adres MAC (6 bajtów) to identyfikator zamierzonego odbiorcy. Jak być może pamiętasz, ten adres jest używany przez warstwę 2, aby pomóc urządzeniom określić, czy dana ramka jest do nich adresowana. Adres w ramce jest porównywany z adresem MAC urządzenia. Jeśli adresy są zgodne, urządzenie odbiera ramkę.

Pole źródłowego adresu MAC

Pole Destination MAC Address (6 bajtów) identyfikuje wysyłającą kartę sieciową lub interfejs ramki. Przełączniki również używają tego adresu, aby dodać go do swoich tabel odwzorowań. Rola przełączników zostanie omówiona w dalszej części tej sekcji.

Długość / typ pola

Dla każdego standardu IEEE 802.3 sprzed 1997 r. Pole Długość określa dokładną długość pola danych ramki. Jest to później używane jako część FCS, aby upewnić się, że wiadomość została odebrana poprawnie. Jeżeli celem pola jest określenie typu, jak w przypadku Ethernetu II, w polu Type opisano, który protokół jest wdrażany.

Te dwa zastosowania tej dziedziny zostały oficjalnie połączone w 1997 roku w standardzie IEEE 802.3x, ponieważ obie aplikacje były wspólne. Pole typu Ethernet II jest zawarte w aktualnej definicji ramki 802.3. Gdy węzeł odbiera ramkę, musi sprawdzić pole Długość, aby określić, który protokół wyższej warstwy jest w nim obecny. Jeśli wartość dwóch oktetów jest większa lub równa szesnastkowej 0x0600 lub dziesiętnej 1536, to zawartość pola Dane jest dekodowana zgodnie z wyznaczonym typem protokołu. Jeśli wartość pola jest mniejsza lub równa szesnastkowo 0x05DC lub 1500 dziesiętnie, pole Długość jest używane do wskazania użycia formatu ramki IEEE 802.3. To odróżnia ramki Ethernet II i 802.3.

Dane pól i wypełnienie

Pola Data i Wypełnienie (46-1500 bajtów) zawierają enkapsulowane dane z wyższej warstwy, która jest typową PDU warstwy 3, zwykle pakietem IPv4. Wszystkie ramki muszą mieć co najmniej 64 bajty. Jeśli mniejszy pakiet jest hermetyzowany, dopełnienie jest używane w celu zwiększenia rozmiaru ramki do tego minimalnego rozmiaru.

IEEE utrzymuje listę typów Ethernet II ogólnego przeznaczenia.

W sieciach Ethernet w warstwie łącza używane są 4 ramki. różne formaty... Wynika to z długiej historii rozwoju technologii Ethernet, która istniała przed przyjęciem standardów IEEE 802, kiedy podwarstwa LLC nie została oddzielona od ogólnego protokołu, a zatem nie zastosowano nagłówka LLC.

Różnice w formatach ramek mogą prowadzić do niezgodności sprzętu i oprogramowania sieciowego zaprojektowanego do pracy tylko z jednym standardem ramka Ethernet... Jednak obecnie prawie wszystkie karty sieciowe, sterowniki kart sieciowych, mosty / przełączniki i routery mogą współpracować ze wszystkimi formatami ramek technologii Ethernet używanymi w praktyce, a typ ramki jest rozpoznawany automatycznie.

Poniżej znajduje się opis wszystkich czterech typów ramek Ethernet (tutaj ramka odnosi się do całego zestawu pól związanych z warstwą łącza, to znaczy pól warstw MAC i LLC). Jeden i ten sam typ ramki może mieć różne nazwy, dlatego poniżej dla każdego typu ramki podano kilka najczęściej używanych nazw:

ramka 802.3 / LLC (ramka 802.3 / 802.2 lub ramka Novell 802.2);

ramka Raw 802.3 (lub ramka Novell 802.3);

ramka Ethernet DIX (lub ramka Ethernet II);

ramka Ethernet SNAP.

Formaty dla wszystkich tych czterech typów ramek Ethernet pokazano na rys. 10.3.

Ramka 802.3 / LLC

Nagłówek ramki 802.3 / LLC jest wynikiem konkatenacji pól nagłówka ramki zdefiniowanych w standardach IEEE 802.3 i 802.2.

Standard 802.3 definiuje osiem pól nagłówka (Rysunek 10.3; pole preambuły i ogranicznik ramki początkowej nie są pokazane na rysunku).

Pole preambułyskłada się z siedmiu bajtów synchronizacyjnych 10101010. W kodowaniu Manchester ta kombinacja jest reprezentowana w medium fizycznym przez okresowy kształt fali o częstotliwości 5 MHz.

Ogranicznik początku ramki (SFD)składa się z jednego bajtu 10101011. Wystąpienie tego wzorca bitowego wskazuje, że następny bajt jest pierwszym bajtem nagłówka ramki.

Adres docelowy (DA)może mieć długość 2 lub 6 bajtów. W praktyce zawsze używane są adresy 6-bajtowe.

Adres źródłowy (SA) -jest to 2- lub 6-bajtowe pole zawierające adres źródła ramki. Pierwszy bit adresu to zawsze 0.

Długość (długość, L) -2-bajtowe pole, które definiuje długość pola danych w ramce.

Pole danychmoże zawierać od 0 do 1500 bajtów. Ale jeśli długość pola jest mniejsza niż 46 bajtów, to następne pole - pole wypełniające - jest używane do wypełnienia ramki do minimalnej dopuszczalnej wartości 46 bajtów.

Wyściółkaskłada się z jak największej liczby bajtów wypełniających, aby zapewnić minimalną długość pola danych wynoszącą 46 bajtów. Zapewnia to prawidłowe działanie mechanizmu wykrywania kolizji. Jeśli długość pola danych jest wystarczająca, pole wypełnienia nie pojawia się w ramce.

Sekwencja kontroli ramki (PCS)składa się z 4 bajtów zawierających sumę kontrolną. Wartość ta jest obliczana za pomocą algorytmu CRC-32.

Ramka 802.3 jest ramką podwarstwy MAC, dlatego zgodnie ze standardem 802.2 ramka podwarstwy LLC jest wstawiana do jej pola danych z usuniętymi flagami początkową i końcową. Format ramki LLC został opisany powyżej. Ponieważ ramka LLC ma nagłówek o długości 3 (w trybie LLC1) lub 4 bajty (w trybie LLC2), maksymalny rozmiar pola danych jest zmniejszony do 1497 lub 1496 bajtów.

Rysunek 10.3. Formaty ramek Ethernet

Ramka 802.3 Raw, nazywana także ramką Novell 802.3, została przedstawiona na rysunku 1-4. 10.3. Rysunek pokazuje, że jest to ramka podwarstwy 802.3 MAC, ale bez ramki zagnieżdżonej podwarstwy LLC. Novell przez długi czas nie korzystał z pól obsługi ramek LLC w swoim systemie operacyjnym NetWare ze względu na brak konieczności identyfikacji typu informacji osadzonych w polu danych - zawsze był tam pakiet protokołu IPX, który przez długi czas był jedynym protokołem warstwy sieciowej w NetWare.

Rama Ethernet DIX / Ethernet II

Ramka Ethernet DIX, zwana także ramką Ethernet II, ma strukturę (patrz rysunek 10.3), która jest taka sama jak ramka 802.3 Raw. Jednak pole 2-bajtowe Długość (L)ramka w standardzie 802.3 na klatkę Ethernet DIXużywane jako pole typu protokołu. To pole, teraz nazywane Type (T) lub EtherType, służy temu samemu celowi, co pola DSAP i SSAP ramki LLC - aby wskazać typ protokołu wyższej warstwy, który zagnieździł swój pakiet w polu danych tej ramki.

Rama Ethernet KŁAPNIĘCIE

Aby wyeliminować niespójność w kodowaniu typów protokołów, których komunikaty są osadzone w polu danych ramek Ethernet, komitet 802.2 przeprowadził prace nad dalszą standaryzacją ramek Ethernet. Wynikiem jest ramka Ethernet SNAP (SNAP - Subnetwork Access Protocol). Ramka Ethernet SNAP (patrz rysunek 10.3) jest rozszerzeniem ramki 802.3 / LLC poprzez wprowadzenie dodatkowego nagłówka SNAP, składającego się z dwóch pól: OUI i Type. Pole Type składa się z 2 bajtów i powtarza format i przeznaczenie pola Type ramki Ethernet II (to znaczy używa tych samych wartości kodów protokołu). Pole Unikatowy identyfikator organizacyjny (OUI) definiuje identyfikator organizacji, która kontroluje kody protokołów w polu Typ. Nagłówek SNAP zapewnia zgodność z kodami protokołów w ramkach Ethernet II i zapewnia uniwersalny schemat kodowania protokołu. Kody protokołów dla technologii 802 są kontrolowane przez IEEE, który ma OUI równy 000000. Jeśli w przyszłości będą potrzebne inne kody protokołów dla nowej technologii, wystarczy podać inny identyfikator organizacji nadającej te kody, a stare wartości kodów pozostaną w mocy (w w połączeniu z innym OUI).

Historia

Technologia Ethernet została opracowana we współpracy z wieloma wczesnymi projektami firmy Xerox PARC Corporation. Ogólnie przyjmuje się, że Ethernet został wynaleziony 22 maja 1973 r., Kiedy Robert Metcalfe ( Robert metcalfe) napisał notatkę dla szefa PARC na temat potencjału technologii Ethernet. Ale Metcalfe nabył prawo do tej technologii kilka lat później. W 1976 roku on i jego asystent David Boggs opublikowali broszurę zatytułowaną „Ethernet: rozproszone przełączanie pakietów w lokalnych sieciach komputerowych”. R. M. Metcalfe i D. R. Boggs... Ethernet: rozproszone przełączanie pakietów w lokalnych sieciach komputerowych. // ACM Communications, 19 (5): 395-404, lipiec 1976.

Metcalfe opuścił Xerox w 1979 roku i założył 3Com w celu promowania komputerów i sieci lokalnych (LAN). Udało mu się przekonać DEC, Intel i Xerox do współpracy i opracowania standardu Ethernet (DIX). Ten standard został po raz pierwszy opublikowany 30 września 1980 roku. Rozpoczęła rywalizację z dwiema głównymi opatentowanymi technologiami, Token Ring i Arcnet, które wkrótce zostały pogrzebane pod falą produktów Ethernet. W ten sposób 3Com stał się główną firmą w branży.

Technologia

Standard pierwszych wersji (Ethernet v1.0 i Ethernet v2.0) określa, że \u200b\u200bjako medium transmisyjne używany jest kabel koncentryczny, później stało się możliwe użycie skrętki i kabla optycznego.

Popularne odmiany Ethernetu są oznaczone jako 10Base2, 100BaseTX itd. W tym przypadku pierwszy element oznacza szybkość transmisji Mbps. Drugi element:

• Podstawa - transmisja bezpośrednia (niemodulowana),
• Szerokopasmowy - wykorzystuje kabel szerokopasmowy z multipleksowaniem z podziałem częstotliwości.

Trzeci element: zaokrąglona długość kabla w setkach metrów (10Base2 - 185 m, 10Base5 - 500 m) lub medium transmisyjne (T, TX, T2, T4 - skręcone pary, FX, FL, FB, SX i LX - światłowód, CX - twinax kabel do Gigabit Ethernet).

Powody przejścia na skrętkę to:

• możliwość pracy w trybie duplex;
• niski koszt kabla typu „skrętka”;
• wyższa niezawodność sieci w przypadku awarii kabla;
• wysoka odporność na zakłócenia przy stosowaniu sygnału różnicowego;
• możliwość zasilania przewodowego węzłów małej mocy, np. Telefonów IP (standard Power over Ethernet, POE);
• brak połączenia galwanicznego (przepływu prądu) pomiędzy węzłami sieci. Przy stosowaniu kabla koncentrycznego w warunkach rosyjskich, gdzie z reguły nie ma uziemienia komputerów, zastosowaniu kabla koncentrycznego często towarzyszyła awaria kart sieciowych, a czasem nawet całkowite „wypalenie” jednostki systemowej.

Przyczyną przejścia na kabel optyczny była potrzeba zwiększenia długości segmentu bez repeaterów.

Metoda kontroli dostępu (dla sieci na kablu koncentrycznym) - wielokrotny dostęp z wykrywaniem nośnej i wykrywaniem kolizji (CSMA / CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), prędkość transmisji danych 10 Mbps, rozmiar pakietu od 72 do 1526 bajtów, opis metody kodowania danych. Tryb pracy to półdupleks, co oznacza, że \u200b\u200bwęzeł nie może jednocześnie przesyłać i odbierać informacji. Liczba węzłów w jednym udostępnionym segmencie sieci jest ograniczona wartością graniczną 1024 stacji roboczych (specyfikacje warstwy fizycznej mogą określać bardziej rygorystyczne limity, na przykład nie więcej niż 30 stacji roboczych może być podłączonych do cienkiego współosiowego segmentu i nie więcej niż 100 do grubego koncentrycznego segmentu). Jednak sieć zbudowana na jednym wspólnym segmencie staje się nieskuteczna na długo przed osiągnięciem limitu liczby węzłów, głównie z powodu pracy w trybie półdupleksu.

Większość kart Ethernet i innych urządzeń obsługuje wiele szybkości transmisji za pomocą automatycznej negocjacji szybkości i dupleksu, aby uzyskać jak najlepsze połączenie między dwoma urządzeniami. Jeśli automatyczne wykrywanie nie działa, prędkość dostosowuje się do partnera i aktywowany jest tryb transmisji półdupleksowej. Na przykład obecność portu Ethernet 10/100 w urządzeniu oznacza, że \u200b\u200bmoże ono działać w technologiach 10BASE-T i 100BASE-TX, a port Ethernet 10/100/1000 obsługuje 10BASE-T, 100BASE-TX i 1000BASE- T.

Wczesne modyfikacje Ethernet

• Xerox Ethernet - oryginalna technologia, prędkość 3Mbps, istniała w dwóch wersjach Wersja 1 i Wersja 2, format ramki ostatnia wersja jest nadal szeroko stosowany.
• 10 SZEROKIE 36 - nie otrzymał szerokiej dystrybucji. Jeden z pierwszych standardów umożliwiający pracę na duże odległości. Wykorzystano technologię modulacji szerokopasmowej podobną do tej stosowanej w modemach kablowych. Jako medium transmisji danych zastosowano kabel koncentryczny.
• 1BASE5 - znana również jako StarLAN, była pierwszą modyfikacją technologii Ethernet w celu wykorzystania skrętki. Pracował z prędkością 1 Mbit / s, ale nie znalazł zastosowania komercyjnego.

Ethernet 10 Mb / s

• 10BASE5IEEE 802.3 (zwany również „grubym Ethernetem”) był oryginalnym rozwinięciem technologii z szybkością przesyłania danych 10 Mb / s. Zgodnie z wczesnym standardem IEEE, wykorzystuje kabel koncentryczny 50 Ohm (RG-8), o maksymalnej długości segmentu 500 metrów.
• 10BASE2, IEEE 802.3a (zwany „Thin Ethernet”) - używany jest kabel RG-58 o maksymalnej długości segmentu 200 metrów, komputery były ze sobą połączone, aby podłączyć kabel do karta sieciowa potrzebujesz złącza T, a kabel musi mieć złącze BNC. Terminatory są wymagane na każdym końcu. Ten standard jest od wielu lat głównym standardem technologii Ethernet.
• StarLAN 10 - Pierwsza realizacja wykorzystująca skrętkę do transmisji danych z prędkością 10 Mb / s. Później ewoluował do standardu 10BASE-T.

Chociaż teoretycznie możliwe jest podłączenie więcej niż dwóch urządzeń pracujących w trybie simplex do jednego skrętki (segmentu), taki schemat nigdy nie jest stosowany dla Ethernetu, w przeciwieństwie do pracy z kablem koncentrycznym. Dlatego wszystkie sieci skrętkowe używają topologii gwiazdy, podczas gdy sieci koncentryczne używają topologii magistrali. Terminatory typu skrętka są wbudowane w każde urządzenie i nie ma potrzeby stosowania dodatkowych zewnętrznych terminatorów na linii.

• 10BASE-T, IEEE 802.3i - do transmisji danych stosuje się 4-żyłowy kabel typu skrętka (dwie skrętki) kategorii-3 lub kategorii-5. Maksymalna długość segmentu to 100 metrów.
• FOIRL - (akronim dla światłowodowego łącza między przemiennikami). Podstawowy standard technologii Ethernet wykorzystujący kabel optyczny do transmisji danych. Maksymalna odległość transmisji danych bez repeatera to 1 km.
• 10BASE-F, IEEE 802.3j - główny termin określający rodzinę standardów Ethernet 10 Mb / s wykorzystujących kable światłowodowe w odległości do 2 kilometrów: 10BASE-FL, 10BASE-FB i 10BASE-FP. Spośród powyższych tylko 10BASE-FL jest szeroko stosowany.
• 10BASE-FL (Fiber Link) - Ulepszona wersja standardu FOIRL. Poprawa dotyczyła zwiększenia długości segmentu do 2 km.
• 10BASE-FB (Fiber Backbone) - Teraz nieużywany standard, był przeznaczony do łączenia repeaterów w sieć szkieletową.
• 10BASE-FP (Fiber Passive) - pasywna topologia gwiazdy, która nie wymaga repeaterów - nigdy nie jest używana.

Fast Ethernet (Fast Ethernet, 100 Mbps)

• 100BASE-T to ogólny termin określający standardy wykorzystujące skrętkę jako nośnik transmisji danych. Długość segmentu do 100 metrów. Obejmuje standardy 100BASE-TX, 100BASE-T4 i 100BASE-T2.
• 100BASE-TX, IEEE 802.3u to ewolucja standardu 10BASE-T do użytku w sieciach gwiazdowych. Stosowana jest skrętka kategorii 5, w rzeczywistości używane są tylko dwie nieekranowane pary przewodów, obsługiwana jest transmisja danych w trybie pełnego dupleksu, odległość do 100 m.
• 100BASE-T4 - standard wykorzystujący skrętkę kategorii 3. Wszystkie cztery pary przewodów są używane, transmisja danych odbywa się w trybie półdupleksu. Praktycznie nie używany.
• 100BASE-T2 - norma wykorzystująca skrętkę kategorii 3. Wykorzystywane są tylko dwie pary przewodów. Obsługiwany jest pełny dupleks, w którym sygnały propagują się w przeciwnych kierunkach na każdej parze. Szybkość transmisji w jednym kierunku wynosi 50 Mb / s. Praktycznie nie używany.
• 100BASE-SX to standard wykorzystujący światłowód wielomodowy. Maksymalna długość segmentu to 400 metrów w trybie półdupleksu (dla gwarantowanego wykrywania kolizji) lub 2 kilometry w trybie pełnego dupleksu.
• 100BASE-FX to standard wykorzystujący światłowód jednomodowy. Maksymalna długość ograniczona jest jedynie tłumieniem w kablu światłowodowym i mocą nadajników.
• 100BASE-FX WDM to standard wykorzystujący światłowód jednomodowy. Maksymalna długość ograniczona jest jedynie tłumieniem w kablu światłowodowym i mocą nadajników. Interfejsy są dwojakiego rodzaju, różnią się długością fali nadajnika i są oznaczone cyframi (długość fali) lub jedną literą łacińską A (1310) lub B (1550). Tylko sparowane interfejsy mogą pracować w parach: z jednej strony nadajnik ma 1310 nm, az drugiej 1550 nm.

Fast Ethernet

Fast Ethernet (IEEE802.3u, 100BASE-X) to zestaw standardów transmisji danych w formacie sieć komputerowa, z prędkością do 100 Mbit / s, w przeciwieństwie do konwencjonalnego Ethernetu (10 Mbit / s).

Gigabit Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Gb / s)

• 1000BASE-T, IEEE 802.3ab to standard wykorzystujący skrętkę dwużyłową kategorii 5e. Wszystkie 4 pary biorą udział w transferze danych. Szybkość przesyłania danych wynosi 250 Mb / s na jedną parę, przy użyciu metody kodowania PAM5, podstawowa częstotliwość to 62,5 MHz.
• 1000BASE-TX została utworzona przez Stowarzyszenie Przemysłu Telekomunikacyjnego (inż. Stowarzyszenie Przemysłu Telekomunikacyjnego, TIA) i opublikowany w marcu 2001 r. jako specyfikacja warstwy fizycznej sieci Duplex Ethernet 1000 Mb / s (1000BASE-TX) dla symetrycznych systemów okablowania kategorii 6 (ANSI / TIA / EIA-854-2001). „A Full Duplex Ethernet Specification for 1000 Mbis / s (1000BASE-TX) Working over Category 6 Balanced Twisted-Pair Cable (ANSI / TIA / EIA-854-2001)”). Standard wykorzystuje oddzielną transmisję i odbiór (1 para do transmisji, 1 para do odbioru, dane przesyłane są z prędkością 500 Mbit / s dla każdej pary), co znacznie upraszcza projektowanie urządzeń nadawczo-odbiorczych. Ale w rezultacie do stabilnej pracy tej technologii potrzebny jest system kablowy. wysoka jakośćdlatego 1000BASE-TX może używać tylko kabla kategorii 6. Inną istotną różnicą w stosunku do 1000BASE-TX jest brak cyfrowego obwodu kompensacji przetworników i szumów powrotnych, w wyniku czego złożoność, pobór mocy i cena procesorów stają się niższe niż w przypadku procesorów 1000BASE-T. Na podstawie tego standardu praktycznie nie opracowano żadnych produktów, chociaż 1000BASE-TX używa prostszego protokołu niż standard 1000BASE-T i dlatego może korzystać z prostszej elektroniki.
• 1000BASE-X to ogólne określenie standardów z wtykowymi transceiverami GBIC lub SFP.
• 1000BASE-SX, IEEE 802.3z to standard wykorzystujący światłowód wielomodowy. Zasięg transmisji sygnału bez repeatera do 550 metrów.
• 1000BASE-LX, IEEE 802.3z to standard wykorzystujący światłowód jednomodowy. Zasięg transmisji sygnału bez repeatera do 80 kilometrów.
• 1000BASE-CX - standard na krótkie odległości (do 25 metrów) przy użyciu kabla twinax o impedancji 150 omów. Zastąpiony standardem 1000BASE-T i nie jest obecnie używany.
• 1000BASE-LH (Long Haul) to standard wykorzystujący światłowód jednomodowy. Zasięg transmisji sygnału bez repeatera wynosi do 100 kilometrów.

10 Gigabit Ethernet

Nowy standard 10 Gigabit Ethernet obejmuje siedem standardów nośników fizycznych dla sieci LAN, MAN i WAN. Obecnie jest objęty poprawką IEEE 802.3ae i powinien zostać uwzględniony w kolejnej wersji standardu IEEE 802.3.

• 10GBASE-CX4 - Technologia 10 Gigabit Ethernet na krótkie odległości (do 15 metrów) przy użyciu miedzianego kabla CX4 i złączy InfiniBand.
• 10GBASE-SR - Technologia 10 Gigabit Ethernet na krótkie odległości (do 26 lub 82 metrów w zależności od rodzaju kabla), wykorzystująca światłowód wielomodowy. Obsługuje również odległości do 300 metrów przy użyciu nowego światłowodu wielomodowego (2000 MHz / km).
• 10GBASE-LX4 - Wykorzystuje multipleksowanie z podziałem długości fali do obsługi odległości od 240 do 300 metrów przez światłowód wielomodowy. Obsługuje również odległości do 10 kilometrów przy użyciu światłowodu jednomodowego.
• 10GBASE-LR i 10GBASE-ER - normy te obsługują odległości odpowiednio do 10 i 40 kilometrów.
• 10GBASE-SW, 10GBASE-LW i 10GBASE-EW - Standardy te wykorzystują fizyczny interfejs, który jest zgodny z szybkością i formatem z interfejsem OC-192 / STM-64 SONET / SDH. Są podobne do standardów 10GBASE-SR, 10GBASE-LR i 10GBASE-ER, ponieważ używają tych samych typów kabli i odległości transmisji.
• 10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 - przyjęty w czerwcu 2006 po 4 latach rozwoju. Wykorzystuje ekranowaną skrętkę dwużyłową. Odległości - do 100 metrów.

Standard 10 Gigabit Ethernet jest wciąż zbyt młody, więc zrozumienie, na który z powyższych standardów medialnych będzie faktycznie potrzebny, zajmie trochę czasu. 10 gigabitów na sekundę nie jest jeszcze limitem. Rozwój sieci Ethernet 1000 G i wyższych już trwa.

Wyróżnijmy trzy główne elementy standardu: format ramki, system sygnalizacji pomiędzy stacjami roboczymi przy przesyłaniu danych z wykorzystaniem protokołu CSMA / CD oraz zestaw nośników fizycznych: kabel koncentryczny, skrętka, kabel światłowodowy.

Format ramki Ethernet

Na rys. 7-2 przedstawia format ramki Ethernet. Pola mają następujące cele:
- Preambuła: 7 bajtów, z których każdy reprezentuje przemianę jedynek i zer 10101010. Preambuła umożliwia ustawienie synchronizacji bitów po stronie odbiorczej.
- Ogranicznik ramki początkowej (SFD, ogranicznik ramki początkowej): 1 bajt, sekwencja 10101011. wskazuje, że nastąpią dalsze pola informacyjne ramki. Bajt ten można nazwać preambułą.
- Adres docelowy (DA, adres docelowy): 6 bajtów, wskazuje adres MAC stacji (adresy MAC stacji), dla której (dla której) ta ramka jest przeznaczona. Może to być pojedynczy adres fizyczny (unicast), adres multiemisji (multicast) lub adres rozgłoszeniowy (broadcast).
- Adres źródłowy (SA): bajt, wskazuje adres MAC stacji wysyłającej ramkę.
- Pole typu lub długości ramki (T lub L, typ lub długość): 2 bajty. Istnieją dwa podstawowe formaty ramek Ethernet (w terminologii angielskiej w surowych formatach) - Ethernet II i IEEE 802.3 (rys. 7.2), i to jest dziedzina, która ma inny cel. W przypadku ramki EthernetII to pole zawiera informacje o typie ramki. Poniżej znajdują się szesnastkowe wartości tego pola dla niektórych typowych protokoły sieciowe: 0x0800 dla IP, 0x0806 dla ARP, 0x809B dla AppleTalk, 0x0600 dla XNS i 0x8137 dla IPX / SPX. Dzięki wskazaniu w tym polu określonej wartości (jednej z wymienionych) ramka uzyskuje rzeczywisty format, aw tym formacie ramka może być już rozprowadzana w sieci.
- W przypadku ramki IEEE 802.3 to pole zawiera rozmiar bajtu następnego pola, pola danych LLC. Jeśli ta liczba daje w wyniku całkowitą długość ramki mniejszą niż 64 bajty, to pole Pad jest dodawane po polu LLC Data. W przypadku protokołu wyższej warstwy nie ma pomyłki z definicją typu ramki, ponieważ dla ramki IEEE 802.3 wartość tego pola nie może przekraczać 1500 (0x05DC). Dlatego oba formaty ramek mogą swobodnie współistnieć w tej samej sieci, co więcej, w jednym adapter sieciowy może współdziałać z oboma typami za pośrednictwem stosu protokołów.
- Dane (Dane LLC): pole danych przetwarzane przez podwarstwę LLC. Sama ramka IEEE 802.3 nie jest jeszcze ostateczna. W zależności od wartości pierwszych kilku bajtów tego pola mogą istnieć trzy końcowe formaty dla tej ramki IEEE 802.3:
- Ethernet_802.3 (nie jest to standardowy, obecnie przestarzały format używany przez Novell) - pierwsze dwa bajty danych LLC są równe 0xFFFF;
- EthernetSNAP (standardowy format IEEE 802.2 SNAP, który jest najbardziej preferowanym formatem w nowoczesnych sieciach, zwłaszcza dla protokołu TCP / IP) - pierwszy bajt danych LLC to 0xAA;
- Ethernet_802.2 (standardowy format IEEE 802.2, używany przez Novell w NetWare 4.0) - pierwszy bajt danych LLC nie jest ani 0xFF (11111111), ani 0xAA (10101010).

Pole dodatkowe (pad - filler) - wypełniane tylko przy niewielkim polu danych, w celu wydłużenia ramki do minimum 64 bajtów - preambuła nie jest brana pod uwagę. Dolna granica minimalnej długości klatki jest niezbędna do poprawnej rozdzielczości kolizji.

Sekwencja kontroli ramki (FCS): 4-bajtowe pole określające suma kontrolnaobliczone przy użyciu cyklicznej kontroli nadmiarowości na polach ramki, z wyłączeniem preambuł SDF i FCS.

Postać: 7.2. Dwa podstawowe formaty ramek MAC Ethernet

Podstawowe warianty algorytmów losowego dostępu do środowiska

Protokół CSMA / CD definiuje charakter interakcji stacji roboczych w sieci z jednym wspólnym nośnikiem danych dla wszystkich urządzeń. Wszystkie stacje mają równe warunki transmisji danych. Nie ma określonej kolejności, w jakiej stacje mogą uzyskać dostęp do medium w celu transmisji. W tym sensie dostęp do środowiska jest losowy. Implementacja algorytmów dostępu swobodnego wydaje się znacznie prostszym zadaniem niż implementacja deterministycznych algorytmów dostępu. Ponieważ w tym drugim przypadku wymagany jest specjalny protokół, który kontroluje działanie wszystkich urządzeń sieciowych (na przykład protokół obiegu tokenów właściwy dla sieci Token Ring i FDDI) lub specjalny, dedykowany koncentrator urządzenia master, który w określonej kolejności zapewni wszystkim pozostałym stacjom możliwość transmisji (sieci Arcnet, 100VG AnyLAN).

Jednak sieć z dostępem swobodnym ma jedną, być może główną wadę - nie jest to do końca stabilna praca sieci pod dużym obciążeniem, kiedy może upłynąć wystarczająco dużo czasu, zanim dana stacja będzie mogła transmitować dane. Wynika to z kolizji, które powstają między stacjami, które rozpoczęły nadawanie w tym samym czasie lub prawie jednocześnie. W przypadku wystąpienia kolizji przesyłane dane nie docierają do odbiorców, a stacje nadawcze muszą ponownie rozpocząć transmisję.

Podajmy definicję: zbiór wszystkich stacji w sieci, których jednoczesna transmisja dowolnej pary prowadzi do kolizji, nazywamy domeną kolizyjną. Z powodu kolizji (konfliktu) mogą wystąpić nieprzewidziane opóźnienia podczas propagacji ramek w sieci, zwłaszcza gdy sieć jest mocno obciążona (wiele stacji próbuje jednocześnie transmitować w domenie kolizyjnej,\u003e 20-25) i gdy domena kolizyjna jest duża (\u003e 2 km). Dlatego przy budowaniu sieci zaleca się unikanie takich ekstremalnych trybów pracy.

Problem ze skonstruowaniem protokołu, który jest w stanie najskuteczniej rozwiązywać kolizje i optymalizować działanie sieci, kiedy duże obciążenia, był jednym z kluczowych na etapie tworzenia standardu Ethernet IEEE 802.3. Początkowo jako kandydatów do wdrożenia standardu losowego dostępu do środowiska uznano trzy główne podejścia (rys. 7.3): nietrwałe, 1-trwałe i p-trwałe.

Postać: 7.3. Wiele algorytmów dostępu losowego (CSMA) i wycofywanie kolizji

Algorytm nietrwały. W przypadku tego algorytmu stacja, która chce nadawać, kieruje się następującymi zasadami.

1. Nasłuchuje medium, a jeśli medium jest wolne (tj. Jeśli nie ma innej transmisji lub nie ma sygnału kolizji), przesyła, w przeciwnym razie medium jest zajęte, przejdź do kroku 2.
2. Jeżeli środowisko jest zajęte, czeka na losowy (według zdefiniowanej krzywej rozkładu prawdopodobieństwa) czas i wraca do kroku 1.

Używanie losowej wartości oczekiwania w obciążonym środowisku zmniejsza prawdopodobieństwo kolizji. Rzeczywiście, przypuśćmy inaczej, że dwie stacje będą nadawać prawie jednocześnie, podczas gdy trzecia już nadaje. Gdyby dwie pierwsze nie miały przypadkowego czasu oczekiwania przed rozpoczęciem transmisji (w przypadku, gdy środowisko było zajęte), a jedynie nasłuchiwały otoczenia i czekały, aż się zwolni, to po zatrzymaniu nadawania przez trzecią stację dwie pierwsze zaczęłyby nadawać jednocześnie, co nieuchronnie prowadziłoby do kolizji. W ten sposób losowe czekanie eliminuje możliwość takich kolizji. Jednak niedogodność tej metody przejawia się w nieefektywnym wykorzystaniu szerokości pasma kanału. Ponieważ może się zdarzyć, że do czasu zwolnienia nośnika stacja, która chce nadawać, będzie nadal czekać przez jakiś losowy czas przed podjęciem decyzji o odsłuchaniu nośnika, ponieważ słuchała już medium, które okazało się zajęte. W rezultacie kanał będzie przez pewien czas bezczynny, nawet jeśli tylko jedna stacja oczekuje na transmisję.

1-trwały algorytm. Można zastosować algorytm 1-trwały, aby skrócić czas, w którym środowisko nie jest zajęte. W przypadku tego algorytmu stacja, która chce nadawać, kieruje się następującymi zasadami.

1. Słucha otoczenia, a jeśli otoczenie nie jest zajęte, nadaje, w przeciwnym razie przechodzi do kroku 2;
2. Jeśli medium jest zajęte, nasłuchuje medium aż do jego zwolnienia, a gdy tylko medium zostanie zwolnione, natychmiast rozpoczyna transmisję.

Porównując algorytmy nietrwałe i 1-trwałe, możemy powiedzieć, że w algorytmie 1-trwałym stacja, która chce nadawać, zachowuje się bardziej „samolubnie”. Dlatego też, jeśli dwie lub więcej stacji czeka na transmisję (czekając, aż środowisko będzie wolne), można powiedzieć, że kolizja jest gwarantowana. Po zderzeniu stacje zaczynają decydować, co dalej.

Algorytm trwały P. Zasady tego algorytmu są następujące:
1. Jeżeli środowisko jest wolne, stacja z prawdopodobieństwem p natychmiast rozpoczyna transmisję lub z prawdopodobieństwem (1-p) czeka na przedział czasu T. Odstęp T jest zwykle równy maksymalnemu czasowi propagacji sygnału od końca do końca sieci;
2. Jeśli medium jest zajęte, stacja kontynuuje słuchanie, aż medium będzie wolne, po czym przechodzi do kroku 1;
3. Jeżeli transmisja jest opóźniona o jedną szczelinę T, stacja powraca do kroku 1.

I tu pojawia się pytanie o wybór najbardziej efektywnej wartości parametru p. Głównym problemem jest uniknięcie niestabilności przy dużych obciążeniach. Rozważmy sytuację, w której n stacji zamierza transmitować ramki, podczas gdy transmisja już trwa. Pod koniec transmisji oczekiwana liczba stacji, które będą próbowały nadawać, będzie równa iloczynowi liczby stacji chętnych do transmisji i prawdopodobieństwa transmisji, to znaczy, jeśli np\u003e 1, to średnio kilka stacji będzie próbowało nadawać na raz, co spowoduje kolizję. Ponadto, gdy tylko zostanie wykryta kolizja, wszystkie stacje powrócą do kroku 1, co spowoduje drugą kolizję. W najgorszym przypadku nowe stacje, które chcą nadawać, mogą zostać dodane do n, co dodatkowo pogorszy sytuację, ostatecznie prowadząc do ciągłej kolizji i zera. pasmo... Aby uniknąć takiej katastrofy, pr musi być mniejsze niż jeden. Jeśli sieć jest podatna na występowanie stanów, w których wiele stacji jednocześnie chce nadawać, to należy zmniejszyć p. Z drugiej strony, gdy p staje się zbyt małe, nawet pojedyncza stacja może czekać średnio (1 - p) / p szczelin T przed rozpoczęciem transmisji. Więc jeśli p \u003d 0,1, to średni okres bezczynności poprzedzający transfer wyniesie 9T.