Описание алгоритма

Контроллер MAC, прежде чем приступить к передаче прослушивает несущую. Несущая (частота) существует лишь тогда, когда другой узел ведет передачу. Физический уровень обнаруживает несущую и генерирует сообщение для MAC. Наличие несущей означает, что другой узел начал передачу - среда занята!

Любой MAC, имеющий ожидающий кадр, должен, прежде чем передать некоторый минимальный промежуток после окончания предыдущего кадра. это - межпакетная щель (IPG - interpacket gap), она продолжается 0,96 микросек, то есть 1/10 часть времени передачи пакета обычной Ethernet, 10 Mbit.

То есть имея даже очередь пакетов на передачу, после передачи одного, MAC обязан выждать IPG, а потом начать (пытаться) передать другой.

В ранних сетях с чистым CSMA применялось это правило, но: проблемы - то есть если 2 узла одновременно начинали передачу, то оба, переждав IPG снова входили в коллизию.

Ранние протоколы для избежания этого использовали следующее: пакеты были 2-х категорий: команды и реакции (подтверждение). Каждая команда требовала реакцию. Некоторые современные протоколы, например SNMP также это используют: если в течении некоторого времени (тайм-аут) после передачи команды реакция на нее не была получена, то исходная команда (пакет) передавался снова.

Это могло происходить по нескольку раз (предельное число тайм-аутов), прежде чем передающий узел фиксировал ошибку. Производительность снижалась.

Теперь, если узел передал последний бит пакета без обнаружения конфликта - то считается, что станция-приемник приняла его верно.

ЛВС, спроектированные на основе CSMA/CD, ориентированы на возможность коллизий (этого не нужно бояться). Коллизии возникают, хотя все узлы прослушивают среду и ищут признак конца переданного пакета. Все они его и обнаруживают, но приблизительно, а не в точности в одно и то же время! Дело в задержке распространения сигнала (propagation delay). Задержка распространения - это время, которое требуется любому (электрическому или оптическому) сигналу, чтобы пройти через компоненты сети.

Например, при использовании кабеля категории 5 - расстояние от узла до повторителя должно быть ≤ 100м. Сигнал распространяется по такому кабелю со скоростью чуть более 1/2 скорости света.

Так для Fast Ethernet (100 Мбит/с ~ 100 млн бит/с) для передачи 1-го бита требуется 10 наносекунд. А сигналу, чтобы добраться от одного конца до другого требуется 0,57 микросекунд. Поэтому за 0,57 мкс можно передать чуть более 57 битов.

Вообще, разные кабельные среды имеют разные скорости передачи, например, кабель категории 5, когда расстояние от узла до повторителя должно быть меньше 100м, то время задержки не велико, так как скорость сигнала 0,5 скорости света.

Дальнейшее развитие технологии Ethernet -- Fast Ethernet - 100 Mbit/s, Gigabit Ethernet.

Раздел 7. Структурирование сетей Ethernet

Разработанный в 1973 стандарт Ethernet сегодня является наиболее популярным среди стандартов ЛВС. Как технология с разделяемой средой Ethernet обеспечивает скорость передачи 10 мегабит в секунду (Mbps) для всех пользователей, имеющих доступ к среде передачи и протокол разрешения доступа.

По мере расширения сети доступная пользователю полоса (средняя скорость передачи) сужается за счет того, что канал 10 Mbps делится между всеми узлами сети. Повышение производительности компьютеров и использование приложений с интенсивным сетевым графиком требует расширения полосы для полной реализации возможностей программ и оборудования. Расширение сетей и повышение производительности компьютеров требуют расширения доступной пользователям полосы, обеспечиваемой сетевой средой передачи.

Существует два способа расширения полосы, доступной каждому пользователю. Технология Fast Ethernet базируется на расширении полосы разделяемой среды до 100 Mbps, обеспечивая рост скорости в 10 раз. Другим способ является снижение числа узлов сети, имеющих доступ к разделяемой среде и, следовательно, расширение доступной оставшимся узлам полосы. В предельном случае вся полоса канала передачи может быть предоставлена одному пользователю.

Процесс снижения числа узлов в сети называется сегментацией и осуществляется за счет деления большой сети на несколько меньших. Поскольку пользователям может требоваться доступ к ресурсам других сегментов, нужен механизм обеспечения такого доступа, обеспечивающий межсегментный обмен с достаточно высокой скоростью. Новый тип устройств, называемых коммутаторами Ethernet, обеспечивает требуемые возможности. В данной статье рассматриваются различные типы коммутаторов Ethernet и их роль в повышении производительности сетей Ethernet.

 

7.1 Что такое коммутатор Ethernet? Основы

Коммутатор Ethernet представляет собой устройство для организации сетей большого размера. Для того, чтобы лучше разобраться в устройстве и работе коммутаторов Ethernet, полезно понять основы технологии организации кабельных систем сети.

Повторители (Repeater)

Вначале 80-х годов сетиEthernet организовывались на базе шинной топологии с использованием сегментов на основе коаксиального кабеля длиной до 500 метров. Увеличение размеров сетей поставило задачу преодоления 500 метрового барьера. Для решения этой задачи использовались повторители (Repeater):

Повторитель просто копирует (пересылает) все пакеты Ethernet из одного сегмента во все другие, подключенные к нему. Основной задачей повторителя является восстановление электрических сигналов для передачи их в другие сегменты. За счет усиления и восстановления формы электрических сигналов повторителем становится возможным расширение сетей, построенных на основе коаксиального кабеля и увеличение общего числа пользователей сети.

Мосты (Bridge) и маршрутизаторы (Router)

При использовании повторителей максимальная протяженность сети составляет 2500 метров. Для преодоления этого ограничения требуются другие устройства, называемые мостами (bridge). Мосты имеют много отличий от повторителей. Повторители передают все пакеты, а мосты - только те, которые нужно. Если пакет не нужно передавать в другой сегмент, он фильтруется. Для мостов существуют многочисленные алгоритмы (правила) передачи и фильтрации пакетов - минимальным требованием является фильтрация пакетов по адресу получателя.

Другим важным отличием мостов от повторителей является то, что сегменты, подключенные к повторителю образуют одну разделяемую среду, а сегменты, подключенные к каждому порту моста образуют свою среду с полосой 10 Mbps. При использовании моста, пользователи одного сегмента разделяют полосу, а пользователи разных сегментов - используют независимые среды. Следовательно, мост обеспечивает преимущества как с точки зрения расширения сети, так и обеспечения большей полосы для каждого пользователя.

Поначалу в сетях Ethernet использовалась шинная топология на основе коаксиального кабеля, а для расширения сетей применялись 2-х портовые повторители или мосты. Однако, в конце 80-х годов началось широкое распространение сетей на основе кабеля со скрученными парами проводников (витая пара). Новая технология 10Base-Т стала очень популярной и привела к трансформации топологии сетей от шинной магистрали к организации соединений типа "звезда". Требования к повторителям и мостам для таких сетей существенно изменились по сравнению с простыми двухпортовыми устройствами для сетей с шинной топологией - современные, мосты и повторители представляют собой сложные многопортовые устройства. Мосты позволяют сегментировать сети на меньшие части, в которых общую среду разделяет небольшое число пользователей.

Маршрутизаторы, подобно мостам, также позволяют сегментировать сети Ethernet. маршрутизаторы фильтруют и пересылают сетевой трафик на основе алгоритмов и правил, существенно отличающихся от тех, что используются мостами. Такой способ сегментирования сетей более дорог - многопортовые мосты и маршрутизаторы обычно стоят около $1,000 за порт.