1000Base-X

Специфікація 1000BASE-X передбачає використання середовища у вигляді оптичних волокон. В основі цього стандарту лежить технологія заснована на стандарті ANSI Fibre Channel (ANSI X3T11).

Технологія 1000BASE-X допускає використання трьох різних середовищ передачі, звідси три різновиди: 1000BASE-SX, 1000BASE-LX і 1000BASE-CX.

1000Base-SX

Найбільш часто використовувана і найдешевша технологія на основі стандартного многомодового волокна. Максимальна відстань для 1000BASE-SX становить 220 метрів. Використовується довжина хвилі 850 нм, S означає Short Wavelength - коротка хвиля.

Очевидно, що це значення може досягатися тільки при полнодуплексной передачі даних, так як час подвійного обороту сигналу на двох відрізках по 220 метрів одно 4400 bt, що перевищує ліміт 4095 bt навіть без урахування повторювача і мережевих адаптерів. Для полудуплексной передачі максимальні значення сегментів оптоволоконного кабелю завжди повинні бути менше 100 метрів.

1000Base-LX

Технологія 1000BASE-LX зазвичай використовується з одномодовими волокнами, тут допустима відстань складає 5 кілометрів. Специфікація 1000Base-LX може працювати і на многомодовому кабелі. У цьому випадку гранична відстань виходить невеликим - 550 метрів.

Для специфікації 1000Base-LX в якості джерела випромінювання завжди застосовується напівпровідниковий лазер з довжиною хвилі 1300 нм.

1000Base-СX

Технологія 1000BASE-CX використовує найбільш своєрідне середовище з трьох. Це засноване на застосуванні рішення, в якому використовуються кабелі, виконані на основі попередньо закручених (precrimped) екранованих кручених пар.

З'єднувач - не простий RJ-45, що часто використовується в 10/100 / 1000Base-T. Замість нього використовується DB-9 або HSSDS, завершальні ці дві пари проводів. Технологія 1000BASE-CX працює на відстанях до 25 м, що обмежує її застосування невеликими площами.

1000Base-T

Специфікація 1000Base-T працює по кручений парі категорії 5.

Кожна пара кабелю категорії 5 має гарантовану смугу пропускання до 100 МГц. Для передачі по такому кабелю даних зі швидкістю 1000 Мбіт / с було вирішено організувати паралельну передачу одночасно по всьому 4 парам кабелю.

Це відразу зменшило швидкість передачі даних по кожній парі до 250 Мбіт / с.

Для кодування даних був застосований код РАМ5, який використовує 5 рівнів потенціалу: -2, -1, 0, +1, +2. Тому за один такт по одній парі передається 2,322 біт інформації. Отже, тактову частоту замість 250 МГц можна знизити до 125 МГц. При цьому, якщо використовувати не всі коди, а передавати 8 біт за такт (по 4 парам), то витримується необхідна швидкість передачі в 1000 Мбіт / с і ще залишається запас невикористовуваних кодів, так як код РАМ5 містить 5 4 \u003d 625 комбінацій, а якщо передавати за один такт по всіх чотирьох парах 8 біт даних, то для цього потрібно всього 2 8 \u003d 256 комбінацій. Решта комбінації приймач може використовувати для контролю інформації, що приймається і виділення правильних комбінацій на тлі шуму. Код РАМ5 на тактовій частоті 125 МГц укладається в смугу 100 МГц кабелю категорії 5.

Для розпізнавання колізій і організації полнодуплексного режиму в специфікації застосовується техніка, при якій обидва передавачі працюють назустріч один одному по кожній з 4-х пар в одному і тому ж діапазоні частот, так як використовують один і той же потенційний код РАМ5 (рис. 12) . Схема гібридної розв'язки Н дозволяє приймачу і передавача одного і того ж вузла використовувати одночасно виту пару і для прийому і для передачі.

Малюнок 12. Двунаправленная передача по 4 парам UTP cat5 в Gigabit

Для відділення сигналу від свого власного приймач віднімає з результуючого сигналу відомий йому свій сигнал. Це не проста операція і для її виконання використовуються спеціальні цифрові сигнальні процесори - DSP (Digital Signal Processor).

Поля кадру Преамбула (7 байтів) і Початковий розмежувач кадрів (SFD) (1 байт) в Ethernet використовуються для синхронізації між передавачем і приймають пристроями. Ці перші вісім байтів фрейма використовуються, щоб привернути увагу вузлів отримання. По суті перші кілька байтів кажуть одержувачам підготуватися приймати новий кадр.

Поле MAC-адресу Призначення

Поле MAC Адреса Призначення (6 байтів) є ідентифікатором для передбачуваного одержувача. Як Ви можете згадати, ця адреса використовується Рівнем 2, щоб допомогти пристроїв у визначенні, адресується їм даний фрейм. Адреса у фреймі порівнюється з MAC-адресою пристрою. Якщо адреси збігаються, пристрій приймає фрейм.

Поле MAC-адресу Джерела

Поле MAC Адреса Призначення (6 байтів) ідентифікує відправляє NIC або інтерфейс фрейму. Комутаторитакож використовують цю адресу, щоб додати його до своїх таблиць зіставлення. Роль комутаторів буде обговорюватися пізніше в цій рубриці.

Поле Довжина / Тип

Для будь-якого стандарту IEEE 802.3, більш раннього 1997 року, поле Довжина визначає точну довжину поля даних у кадрі. Це пізніше використовується пізніше в якості частини FCS, щоб гарантувати, що повідомлення було отримано коректно. Якщо мета поля полягає в тому, щоб визначити тип, як в Ethernet II, поле Тип описує, який реалізується протокол.

Ці два застосування поля були офіційно об'єднані в 1997 в стандарті IEEE 802.3x, тому що обидва застосування були поширені. Поле Тип Ethernet II включається в поточне визначення фрейму 802.3. Коли вузол приймає кадр, він повинен досліджувати поле Довжина, щоб визначити, який протокол більш високого рівня в ньому присутня. Якщо значення двох октетів більше або дорівнює, ніж шістнадцяткове число 0x0600 або десяткове число одна тисячі п'ятсот тридцять шість, то вміст поля Дані декодируется згідно позначеному типу протоколу. Якщо значення поля менше або дорівнює, ніж шістнадцяткове число 0x05DC або десяткове число 1500, поле Довжина використовується для вказівки використання формату кадру IEEE 802.3. Таким чином розрізняються кадри Ethernet II і 802.3.

Поля Дані та набивання

Поля Дані та набивання (46 - 1500 байтів) містять інкапсульовані дані від більш високого рівня, який є типовим PDU Рівня 3, зазвичай, пакетом IPv4. Всі фрейми повинні бути принаймні 64 байта довжиною. Якщо инкапсулируется пакет меншого розміру, використовується Набивання, щоб збільшити розмір кадру до цього мінімального розміру.

IEEE підтримує список загального призначення типів Ethernet II.

У мережах Ethernet на канальному рівні використовуються кадри 4-х різних форматів. Це пов'язано з тривалою історією розвитку технології Ethernet, що нараховує період існування до прийняття стандартів IEEE 802, коли підрівень LLC не виділявся із загального протоколу і, відповідно, заголовок LLC не застосовувався.

Відмінності в форматах кадрів можуть приводити до несумісності в роботі апаратури і мережевого програмного забезпечення, розрахованого на роботу тільки з одним стандартом кадру Ethernet. Однак сьогодні практично всі мережеві адаптери, драйвери мережевих адаптерів, мости / комутатори і маршрутизатори вміють працювати з усіма використовуваними на практиці форматами кадрів технології Ethernet, причому розпізнавання типу кадру виконується автоматично.

Нижче наводиться опис усіх чотирьох типів кадрів Ethernet (тут під кадром розуміється весь набір полів, які належать до канального рівня, тобто поля MAC і LLC рівнів). Один і той же тип кадру може мати різні назви, тому нижче для кожного типу кадру приведено по декілька найбільш уживаних назв:

кадр 802.3 / LLC (кадр 802.3 / 802.2 або кадр Novell 802.2);

кадр Raw 802.3 (або кадр Novell 802.3);

кадр Ethernet DIX (або кадр Ethernet II);

кадр Ethernet SNAP.

Формати всіх цих чотирьох типів кадрів Ethernet наведені на рис. 10.3.

Кадр 802.3 / LLC

Заголовок кадру 802.3 / LLC є результатом об'єднання полів заголовків кадрів, визначених у стандартах IEEE 802.3 і 802.2.

Стандарт 802.3 визначає вісім полів заголовка (рис. 10.3; поле преамбули і початковий обмежувач кадру на малюнку не показані).

Поле преамбули (Preamble)складається з семи синхронізуючих байт 10101010. При манчестерському кодуванні ця комбінація представляється у фізичному середовищі періодичним хвильовим сигналом з частотою 5 МГц.

Початковий обмежувач кадру (Start-of-frame-delimiter, SFD)складається з одного байта 10101011. Поява цієї комбінації біт є вказівкою на те, що наступний байт - це перший байт заголовка кадру.

Адреса призначення (Destination Address, DA)може бути довжиною 2 або 6 байт. На практиці завжди використовуються адреси з 6 байт.

Адреса джерела (Source Address, SA) -це 2 або 6-байтовое поле, що містить адресу вузла - відправника кадру. Перший біт адреси завжди має значення 0.

Довжина (Length, L) -2-байтовое поле, яке визначає довжину поля даних в кадрі.

Поле даних (Data)може містити від 0 до 1500 байт. Але якщо довжина поля менше 46 байт, то використовується наступне поле - поле заповнення, - щоб доповнити кадр до мінімально допустимого значення в 46 байт.

Поле заповнення (Padding)складається з такої кількості байт заповнювачів, яке забезпечує мінімальну довжину поля даних в 46 байт. Це забезпечує коректну роботу механізму виявлення колізій. Якщо довжина поля даних достатня, то поле заповнення в кадрі не з'являється.

Поле контрольної суми (Frame Check Sequence, PCS)складається з 4 байт, що містять контрольну суму. Це значення обчислюється за алгоритмом CRC-32.

Кадр 802.3 є кадром МАС-підрівня, тому відповідно до стандарту 802.2 в його поле даних вкладається кадр підрівня LLC з віддаленими прапорами початку і кінця кадру. Формат кадру LLC був описаний вище. Так як кадр LLC має заголовок довжиною 3 (у режимі LLC1) або 4 байт (в режимі LLC2), то максимальний розмір поля даних зменшується до 1497 або +1496 байт.

Малюнок 10.3. Формати кадрів Ethernet

Кадр Raw 802.3, званий також кадром Novell 802.3, представлений на рис. 10.3. З малюнка видно, що це кадр підрівня MAC стандарту 802.3, але без вкладеного кадру підрівня LLC. Компанія Novell довгий час не використовувала службові поля кадру LLC у своїй операційній системі NetWare через відсутність необхідності ідентифікувати тип інформації, вкладеної в поле даних, - там завжди знаходився пакет протоколу IPX, довгий час колишнього єдиним протоколом мережевого рівня в ОС NetWare.

кадр Ethernet DIX / Ethernet II

Кадр Ethernet DIX, званий також кадром Ethernet II, має структуру (див. Рис. 10.3), збігається зі структурою кадру Raw 802.3. Однак 2-байтовое поле Довжина (L)кадру Raw 802.3 в кадрі Ethernet DIXвикористовується в якості поля типу протоколу. Це поле, тепер отримало назву Туре (Т) або EtherType, призначене для тих же цілей, що і поля DSAP і SSAP кадру LLC - для вказівки типу протоколу верхнього рівня, що вклав свій пакет в поле даних цього кадру.

кадр Ethernet SNAP

Для усунення різнобою в кодуваннях типів протоколів, повідомлення яких вкладені в поле даних кадрів Ethernet, комітетом 802.2 була проведена робота щодо подальшої стандартизації кадрів Ethernet. В результаті з'явився кадр Ethernet SNAP (SNAP - Subnetwork Access Protocol, протокол доступу до подсетям). Кадр Ethernet SNAP (див. Рис. 10.3) являє собою розширення кадру 802.3 / LLC за рахунок введення додаткового заголовка протоколу SNAP, що складається з двох полів: OUI і Туре. Поле Туре складається з 2-х байт і повторює за форматом і призначенням поле Туре кадру Ethernet II (тобто в ньому використовуються ті ж значення кодів протоколів). Поле OUI (Organizationally Unique Identifier) \u200b\u200bвизначає ідентифікатор організації, яка контролює коди протоколів в поле Туре. За допомогою заголовка SNAP досягнута сумісність з кодами протоколів в кадрах Ethernet II, а також створена універсальна схема кодування протоколів. Коди протоколів для технологій 802 контролює IEEE, яка має OUI, рівний 000000. Якщо в майбутньому будуть потрібні інші коди протоколів для будь-якої нової технології, для цього достатньо вказати інший ідентифікатор організації, яка призначає ці коди, а старі значення кодів залишаться в силі (в поєднанні з іншим ідентифікатором OUI).

Історія

Технологія Ethernet була розроблена разом з багатьма першими проектами корпорації Xerox PARC. Загальноприйнято вважати, що Ethernet був винайдений 22 травня 1973 року, коли Роберт Меткалф ( Robert Metcalfe) Склав доповідну записку для глави PARC про потенціал технології Ethernet. Але законне право на технологію Меткалф отримав через кілька років. У 1976 році він і його асистент Девід Боггс (David Boggs) видали брошуру під назвою «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks» R. M. Metcalfe and D. R. Boggs. Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks. // ACM Communications, 19 (5): 395--404, July 1976.

Меткалф пішов з Xerox в 1979 році 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 року. Він почав суперництво з двома великими запатентованими технологіями: Token Ring і Arcnet, - які незабаром були поховані під накочувалися хвилями продукції Ethernet. У процесі боротьби 3Com стала основною компанією в цій галузі.

технологія

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

Популярні різновиди Ethernet позначаються як 10Base2, 100BaseTX і ін. Тут перший елемент позначає швидкість передачі, Мбіт / с. Другий елемент:

• Base - пряма (немодульованою) передача,
• Broad - використання широкосмугового кабелю з частотним ущільненням каналів.

Третій елемент: округлена довжина кабелю в сотнях метрів (10Base2 - 185 м, 10Base5 - 500 м) або середовище передачі (T, ТХ, Т2, Т4 - кручені пари, FX, FL, FB, SX і LX - оптоволокно, СХ - твінаксіальний кабель для Gigabit Ethernet).

Причинами переходу на виту пару були:

• можливість роботи в дуплексному режимі;
• низька вартість кабелю "кручений пари";
• більш висока надійність мереж при несправності в кабелі;
• велика перешкодозахищеність при використанні диференціального сигналу;
• можливість живлення по кабелю малопотужних вузлів, наприклад IP-телефонів (стандарт Power over Ethernet, POE);
• відсутність гальванічного зв'язку (проходження струму) між вузлами мережі. При використанні коаксіального кабелю в російських умовах, де, як правило, відсутня заземлення комп'ютерів, застосування коаксіальногокабелю часто супроводжувалося пробоєм мережевих карт, і іноді навіть повним "вигоранням" 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 сегменті мережі обмежено граничним значенням в 1024 робочих станції (специфікації фізичного рівня можуть встановлювати жорсткіші обмеження, наприклад, до сегменту тонкого коаксиала може підключатися не більше 30 робочих станцій, а до сегменту товстого коаксиала - не більше 100). Проте мережа, побудована на одному сегменті, стає неефективною задовго до досягнення граничного значення кількості вузлів, в основному через полудуплексного режиму роботи.

Більшість Ethernet-карт і інших пристроїв має підтримку декількох швидкостей передачі даних, використовуючи автовизначення (autonegotiation) швидкості і дуплексності, 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 за технологіями 10BASE-T і 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 - підтримує стандарти 10BASE-T, 100BASE-TX і 1000BASE- T.

Ранні модифікації Ethernet

• Xerox Ethernet - оригінальна технологія, швидкість 3Мбіт / с, існувала в двох варіантах Version 1 і Version 2, формат кадру останньої версії до сих пір має широке застосування.
• 10BROAD36 - широкого поширення не отримав. Один з перших стандартів, що дозволяє працювати на великих відстанях. Використовував технологію широкосмугового модуляції, схожої на ту, що використовується в кабельних модемах. Як середовище 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 застосування.

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 200 метрів, комп'ютери приєднувалися один до іншого, для підключення кабелю до мережевої карти потрібен 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) кручений 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, все мережі на кручений парі використовують топологію "зірка", в той час як, мережі на коаксіальному кабелі побудовані на топології "шина". Термінатори для роботи по кручений 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 кручений 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-стандартів, які використовують оптоволоконний кабель на відстані до 2 кілометрів: 10BASE-FL, 10BASE-FB і 10BASE-FP. З перерахованого тільки 10BASE-FL набув широкого поширення.
• 10BASE-FL (Fiber Link) - Покращена версія стандарту FOIRL. Поліпшення торкнулося збільшення довжини сегмента до 2 км.
• 10BASE-FB (Fiber Backbone) - Зараз невикористовуваний стандарт, призначався для об'єднання повторювачів в магістраль.
• 10BASE-FP (Fiber Passive) - Топологія «пасивна зірка», в якій не потрібні повторювачі - ніколи не застосовувався.

Швидкий Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбіт / с)

• 100BASE-T - загальний термін для позначення стандартів, які 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 дуплексная передача даних, відстань до 100 м.
• 100BASE-T4 - стандарт, який використовує виту пару категорії 3. Задіяні всі чотири пари провідників, передача даних йде в напівдуплекса. 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 напрямки по кожній парі. Швидкість передачі в одному напрямку - 50 Мбіт / с. Практично не використовується.
• 100BASE-SX - стандарт, який використовує багатомодове оптоволокно. Максимальна довжина сегмента 400 метрів в напівдуплекса (для гарантованого виявлення колізій) або 2 кілометри в повному дуплексі.
• 100BASE-FX - стандарт, який використовує одномодове оптоволокно. Максимальна довжина обмежена тільки величиною затухання в оптоволоконному кабелі і потужністю передавачів.
• 100BASE-FX WDM - стандарт, який використовує одномодове оптоволокно. Максимальна довжина обмежена тільки величиною затухання в оптоволоконному кабелі і потужністю передавачів. Інтерфейси бувають двох видів, відрізняються довжиною хвилі передавача і маркуються або цифрами (довжина хвилі) або однією латинською літерою A (1310) або B (1550). У парі можуть працювати тільки парні інтерфейси: з одного боку передавач на 1310 нм, а з іншого - на 1550 нм.

Fast Ethernet

Fast Ethernet (IEEE802.3u, 100BASE-X) - набір стандартів передачі даних в комп'ютерних мережах, Зі швидкістю до 100 Мбіт / с, на відміну від звичайного Ethernet (10 Мбіт / с).

Гігабіт Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбіт / с)

• 1000BASE-T, IEEE 802.3ab - стандарт, який використовує виту пару категорій 5e. У передачі даних беруть участь всі 4 пари. Швидкість передачі даних - 250 Мбіт / с по одній паре.Іспользуется метод кодування PAM5, частота основної гармоніки 62,5 МГц.
• 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 Mbis / s (1000BASE-TX) Operating Over Category 6 Balanced Twisted-Pair Cabling (ANSI / TIA / EIA-854-2001)»). Стандарт, використовує роздільну приймально-передачу (1 пару на передачу, 1 пару на прийом, по кожній парі дані передаються зі швидкістю 500 Мбіт / с), що істотно спрощує конструкцію пріёмопередающіх пристроїв. Але, як наслідок, для стабільної роботи за такою технологією потрібно кабельна система високої якості, Тому 1000BASE-TX може використовувати тільки кабель 6 категорії. Ще однією істотною відмінністю 1000BASE-TX є відсутність схеми цифрової компенсації наведень і зворотних перешкод, в результаті чого складність, рівень енергоспоживання і ціна процесорів стає нижче, ніж у процесорів стандарту 1000BASE-T. 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 приймач GBIC або SFP.
• 1000BASE-SX, IEEE 802.3z - стандарт, який використовує багатомодове оптоволокно. Дальність проходження сигналу без повторювача до 550 метрів.
• 1000BASE-LX, IEEE 802.3z - стандарт, який використовує одномодове оптоволокно. Дальність проходження сигналу без повторювача до 80 кілометрів.
• 1000BASE-CX - стандарт для коротких відстаней (до 25 метрів), що використовує твінаксіальний кабель з хвильовим опором 150 Ом. Замінений стандартом 1000BASE-T і зараз не використовується.
• 1000BASE-LH (Long Haul) - стандарт, який використовує одномодове оптоволокно. Дальність проходження сигналу без повторювача до 100 кілометрів.

10 гігабіт Ethernet

Новий стандарт 10 гігабіт Ethernet включає в себе 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 гігабіт Ethernet для коротких відстаней (до 15 метрів), використовується мідний кабель CX4 і коннектори InfiniBand.
• 10GBASE-SR - Технологія 10 гігабіт Ethernet для коротких відстаней (до 26 або 82 метрів, в залежності від типу кабелю), використовується багатомодове оптоволокно. Він також підтримує відстані до 300 метрів з використанням нового багатомодового оптоволокна (2000 МГц / км).
• 10GBASE-LX4 - використовує ущільнення по довжині хвилі для підтримки відстаней від 240 до 300 метрів по многомодовому оптоволокну. Також підтримує відстані до 10 кілометрів при використанні одномодового оптоволокна.
• 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.

Стандарт 10 гігабіт Ethernet ще занадто молодий, тому потрібен час, щоб зрозуміти, які з перерахованих вище стандартів передавальних середовищ будуть реально затребувані на ринку. 10 гігабіт / секунду - це ще не межа. Вже ведуться розробки 1000 G Ethernet і вище.

Виділимо три головні елементи стандарту: формат кадру, систему сигналізації між робочими станціями при здійсненні передачі даних по протоколу CSMA / CD і набір фізичних середовищ: коаксіальний кабель, кручена пара, волоконно-оптичний кабель.

Формат кадру Ethernet

На рис. 7-2 показаний формат кадру Ethernet. Поля мають наступні призначення:
- Преамбула: 7 байт, кожен з яких представляє чергування одиниць і нулів 10101010. Преамбула дозволяє встановити бітову синхронізацію на приймальній стороні.
- Обмежувач початку кадру (SFD, start frame delimiter): 1 байт, послідовність 10101011. вказує, що далі послідують, інформаційні поля кадру. Цей байт можна відносити до преамбулі.
- Звідки призначення (DA, destination address): 6 байт, вказує МАС-адреса станції (МАС-адреси станцій), для якої (яких) призначений цей кадр. Це може бути єдиний фізичну адресу (unicast), груповий адреса (multicast) або широкомовна адреса (broadcast).
- Адреси відправника (SA, source address): б байт, вказує МАС-адреса станції, яка посилає кадр.
- Поле типу або довжини кадру (Т or L, type or length): 2 байта. Існують два базових формату кадру Ethernet (в англійській термінології raw formats -сир формати) -EthernetII і IEEE 802.3 (рис. 7.2), причому різне призначення у них має саме розглядається поле. Для кадру EthernetII в цьому полі міститься інформація про тип кадру. Нижче наведені значення в шістнадцятковій системі цього поля для деяких поширених мережевих протоколів: 0х0800 для IP, 0х0806 для ARP, 0х809В для AppleTalk, 0х0600 для XNS, і 0х8137 для IPX / SPX. Із зазначенням в цьому полі конкретного значення (одного з перерахованих) кадр набуває реальний формат, і в такому форматі кадр вже може поширюватися по мережі.
- Для кадру IEEE 802,3 в цьому полі міститься виражений в байтах розмір наступного поля - поля даних (LLC Data). Якщо ця цифра призводить до загальної довжини кадру менше 64 байт, то за полем LLC Data додається поле Pad. Для протоколу більш високого рівня не виникає плутанини з визначенням типу кадру, так як для кадру IEEE 802.3 значення цього поля не може бути більше 1500 (0x05DC). Тому, в одній мережі можуть вільно співіснувати обидва формати кадрів, більш того, один мережевий адаптер може взаємодіяти з обома типами за допомогою стека протоколів.
- Дані (LLC Data): поле даних, яке обробляється подуровнем LLC. Сам по собі кадр IEEE 802.3 ще не остаточний. Залежно від значень перших декількох байт цього поля, можуть бути три остаточних формату цього кадру IEEE 802.3:
- Ethernet_802.3 (не стандартний, в даний час застаріваючий формат, який використовується Novell) - перші два байта LLC Data рівні 0xFFFF;
- EthernetSNAP (стандартний IEEE 802.2 SNAP формат, якому віддається найбільша перевага в сучасних мережах, особливо для протоколу TCP / IP) - перший байт LLC Data дорівнює 0хАА;
- Ethernet_802.2 (стандартний IEEE 802.2 формат, використовується фірмою Novell в NetWare 4.0) - перший байт LLC Data НЕ дорівнює ні 0xFF (11111111), ні 0хАА (10101010).

Додаткове поле (pad - наповнювач) - заповнюється тільки в тому випадку, коли поле даних невелика, з метою подовження довжини кадру до мінімального розміру 64 байта - преамбула до уваги береться. Обмеження знизу на мінімальну довжину кадру необхідно для правильного вирішення колізій.

Контрольна послідовність кадру (FCS, frame check sequence): 4-байтовое поле, в якому вказується контрольна сума, Обчислена з використанням циклічного надлишкового коду по полях кадру, за винятком преамбул SDF і FCS.

Мал. 7.2. Два базових MAC формату кадру Ethernet

Основні варіанти алгоритмів випадкового доступу до середовища

Протокол CSMA / CD визначає характер взаємодії робочих станцій в мережі з єдиною загальною для всіх пристроїв середовищем передачі даних. Всі станції мають рівноправні умови з передачі даних. Немає певної послідовності, відповідно до якої станції можуть отримувати доступ до середовища для здійснення передачі. Саме в цьому сенсі доступ до середовища здійснюється випадковим чином. Реалізація алгоритмів випадкового доступу представляється значно більше простим завданням, ніж реалізація алгоритмів детермінованого доступу. Оскільки в останньому випадку потрібно або спеціальний протокол, який контролює роботу всіх пристроїв мережі (наприклад, протокол звернення маркера, властивий мереж Token Ring і FDDI), або спеціальне виділене пристрій-майстер концентратор, який в певній послідовності надавав би всім іншим станціям можливість передавати (мережі Arcnet, 100VG AnyLAN).

Однак мережу з випадковим доступом має один, мабуть головний, недолік - це не зовсім стійка робота мережі при великій завантаженості, коли може проходити досить великий час, перш ніж даної станції вдається передати дані. Виною тому-колізії, які виникають між станціями, що почали передачу одночасно або майже одночасно. При виникненні колізії передані дані не доходять до одержувачів, а передавальним станціям доводиться повторно відновлювати передачу.

Дамо визначення: безліч всіх станцій мережі, одночасна передача будь-якої пари з яких призводить до колізії, називається колізійним доменом (collision domain). Через колізії (конфлікту) можуть виникати непередбачувані затримки при поширенні кадрів по мережі, особливо при великій завантаженості мережі (багато станцій намагаються одночасно передавати всередині колізійного домену,\u003e 20-25), і при великому діаметрі колізійного домену (\u003e 2 км). Тому при побудові мереж бажано уникати таких екстремальних режимів роботи.

Проблема побудови протоколу, здатного найбільш раціонально вирішувати колізії, і оптимизирующего роботу мережі при великих завантаженнях, Була однією з ключових на етапі формування стандарту Ethernet IEEE 802.3. Спочатку розглядалися три основні підходи в якості кандидатів для реалізації стандарту випадкового доступу до середовища (рис. 7.3): непостійний, 1-постійний і р-постійний.

Мал. 7.3. Алгоритми множинного випадкового доступу (CSMA) і витримка часу в конфліктній ситуації (collision backoff)

Непостійний (nonpersistent) алгоритм. При цьому алгоритмі станція, яка бажає передавати, керується такими правилами.

1. прослуховувати середу, і, якщо середовище вільна (тобто якщо немає іншої передачі чи ні сигналу колізії), передає, в іншому випадку - середовище зайнята -переходить до кроку 2.
2. Якщо середовище зайнята, чекає випадкове (відповідно до певної кривої розподілу ймовірностей) час і повертається до кроку 1.

Використання випадкового значення очікування при зайнятій середовищі зменшує ймовірність утворення колізій. Дійсно, припустимо в іншому випадку, що дві станції практично одночасно зібралися передавати, в той час, як третя вже здійснює передачу. Якщо перші дві не мали б випадкового часу очікування перед початком передачі (в разі, якщо середовище виявилася зайнятою), а тільки прослуховували середу і чекали, коли вона звільниться, то після припинення передачі третьою станцією перші дві почали б передавати одночасно, що неминуче призводило б до колізій. Таким чином, випадкове очікування усуває можливість утворення таких колізій. Однак незручність цього методу проявляється в неефективному використанні смуги пропускання каналу. Оскільки може статися, що до того моменту, коли середовище звільниться, станція, яка бажає передавати, ще буде продовжувати чекати деяке випадкове час, перш ніж зважиться прослуховувати середу, оскільки перед цим вже прослуховувала середу, яка виявилася зайнятою. В результаті канал буде простоювати якийсь час, навіть якщо тільки одна станція очікує передачі.

1-постійний (1-persistent) алгоритм. Для скорочення часу, коли середовище не зайнята, міг би використовуватися 1-постійний алгоритм. При цьому алгоритмі станція, яка бажає передавати, керується такими правилами.

1. прослуховувати середу, і, якщо середовище не зайнята, передає, в іншому випадку переходить до кроку 2;
2. Якщо середовище зайнята, продовжує прослуховувати середу до тих пір, поки середовище не звільниться, і, як тільки середовище звільняється, відразу ж починає передавати.

Порівнюючи непостійний і 1-постійний алгоритми, можна сказати, що в 1-постійному алгоритмі станція, яка бажає передавати, поводиться більш «егоїстично». Тому, якщо дві або більше станцій очікують передачі (чекають, поки не звільниться середовище), колізія, можна сказати, буде гарантована. Після колізії станції починають вирішувати, що їм робити далі.

Р-постійний (p-persistent) алгоритм. Правила цього алгоритму наступні:
1. Якщо середу вільна, станція з ймовірністю р відразу ж починає передачу або з ймовірністю (1-р) очікує протягом інтервалу часу Т. Інтервал Т зазвичай береться рівним максимальному часу поширення сигналу від краю до краю мережі;
2. Якщо середовище зайнята, станція продовжує прослуховування до тих пір, поки середовище не звільниться, потім переходить до кроку 1;
3. Якщо передача затримана на один інтервал Т, станція повертається до кроку 1.

І тут виникає питання вибору найбільш ефективного значення параметра р. Головна проблема, як уникнути нестабільності при високих завантаженнях. Розглянемо ситуацію, при якій n станцій мають намір передати кадри, в той час, як вже йде передача. По закінченню передачі очікувана кількість станцій, які спробують передавати, буде дорівнює добутку кількості бажаючих передавати станцій на ймовірність передачі, тобто пр. Якщо np\u003e 1, то в середньому кілька станцій намагатимуться передати відразу, що викличе колізію. Більш того, як тільки колізія буде виявлена, все станції знову перейдуть до кроку 1, що викличе повторну колізію. У гіршому випадку, нові станції, які бажають передавати, можуть додатися до n, що ще більше погіршить ситуацію, привівши, в кінцевому підсумку, до безперервної колізії і нульовий пропускної здатності. Для уникнення такої катастрофи тощо повинно бути менше одиниці. Якщо ж мережа схильна до виникнення станів, коли багато станцій одночасно бажають передавати, то необхідно зменшувати р. З іншого боку, коли р ставати занадто малим, навіть окрема станція може прочекати в середньому (1 - р) / р інтервалів Т, перш ніж здійснить передачу. Так якщо р \u003d 0,1, то середній простій, що передує передачі, складе 9Т.