Ethernet - магистраль. 10Base-5

Кабель RG-11. (диаметр 1.016 см) с волновым сопротивлением 50 Ом. По основным показателям, например, связанным с защитой от электромагнитного излучения, он значительно превосходит тонкий кабель. По традиционному цвету внешней изоляции его еще называют “желтым кабелем”. Стоимость - высока и отечественные аналоги неизвестны.

Непосредственно к кабелю методом прокола подсоединяется блок трансивера. От него к компьютеру идет специальный трансиверный кабель, максимальная длина которого 50м. На обоих его концах находятся 15-контактные DIX-разъемы. С помощью одного DIX-разъема осуществляется подключение к трансиверу, с помощью другого - к сетевой плате компьютера. Трансиверы освобождают от необходимости подводить кабель к каждому компьютеру. Отсутствуют ненужные кабельные петли. Создание сети при помощи трансиверов достаточно удобно. Можно в любом месте “проколоть” кабель. Эта простая операция занимает мало времени, а получаемое соединение оказывается очень надежным.

Кабель от производителя приходит стандартных размеров (max бухта = 500м) с уже смонтированными на концах коннекторами N - типа. Они напоминают BNC - коннекторы, но имеют конструктивные отличия. На обоих концах кабельного сегмента должны находится терминаторы N - типа. Один и только один терминатор должен быть заземлен.

Если первоначальной длины кабеля не хватает, то его можно нарастить при помощи Barrel - коннектора N - типа (общая максимальная длина должна быть не более 500м).

Max количество станций на сегменте - 100

Max разделение узлов - 5 сегментов и 4 репитера

Max длина сегмента - 500м

Общая длина сети - 2500м

Min расстояние между трансиверами - 2.5м

Max длина транс. кабеля - 50м

При звездообразной топологии имеется специальное центральное устройство - концентратор (hub), от которого идут кабели к каждому компьютеру, т.е. каждый компьютер подключен своим кабелем (рис. 1.5).

Рис. 1.5.

Ethernet на витой паре. 10base-t.

Витая пара - два изолированных провода, скрученных между собой. Реальный кабель состоит из нескольких витых пар. Для Ethernet используется 8-и жильный кабель, т.е. состоящий из 4-х витых пар, покрытых внешней изолирующей оболочкой. Кабель дешевле, чем коаксиальный. Это справедливо для его наиболее распространенной разновидности: неэкранированной витой паре UTP (Unshie Twisted Pair).

Базовым узлом является Hub (концентратор). Каждый компьютер должен быть подключен к hub с помощью своего кабеля, длина которого не должна превышать 100м.

Рис. 1.6.

На концах кабельных сегментов устанавливаются разъемы RJ-45. Для установки используется специальный инструмент Crimping/Stripping Tool for RJ-45 plug. Хабы выпускаются на разное количество портов, как правило, 8, 12, 16. Хабы можно объединять, подключая их друг к другу через RJ-45 и получая сложные каскадные структуры (рис. 1.7).

Рис. 1.7.

При этом не должно получаться закольцованных путей , во-вторых, между двумя любыми станциями всегда должно оказываться не более 4-х хабов.

Многие hub имеют BNC и DIX разъемы. Это позволяет объединять витую пару с коаксиальными сегментами.

Основные достоинства сети Ethernet

• простота установки. Все рабочие станции могут быть подключены к сегменту кабеля через Т- коннектор или трансивер;

• хорошо известная технология. В течение многих лет ЛВС Ethernet являются наиболее распространенными промышленными сетями;

• доступность недорогих сетевых карт;

• различные конфигурации кабельной системы. ЛВС Ethernet могут быть собраны с использованием различных типов кабеля и схем прокладки кабельной системы.

Основные недостатки сети Ethernet

• снижение пропускной способности на сильно загруженной ЛВС (производительность сети с методом доступа CSMA/CD снижается с ростом загруженности сети);

• трудности поиска неисправности. При использовании шины Ethernet в некоторых ситуациях поиск неисправностей затруднен, т.к. при обрыве кабеля отказывает весь сегмент и локализовать узел сети по вине которого возникают ошибки и отказы достаточно сложно. Для витой пары часть проблем преодолена.

В ЛВС протоколы обмена из семиуровневой модели взаимодействия открытых систем вырождаются в 4-х уровневую иерархию и включают: прикладной, транспортный, канальный и физический уровни (рис. 1.8).

Прикладной уровень		Пограничный между прикладной программой и процессами модели OSI
Уровень представления	ВЫРОЖДЕН	Преобразование данных в другой формат (если в ЛВС присутствуют одновременно IBM PC, Macintosh, DEC, Next)
Сеансовый уровень	ВЫРОЖДЕН	Координация связи между двумя прикладными программами (создание сеанса, управление передачей пакетов в течении сеанса, завершение сеанса)
Транспортный		Контролирует очередность прохождения компонент сообщений, если в процессе обработки находится более одного пакета (опознает и игнорирует дубликаты)
Сетевой	ОТСУТСТВУЕТ	Маршрутизация и адресация пакетов
Канальный (Правила использования узлом сети физического уровня)	Контроль логической связи LLC	Передача и прием пользовательских сообщений
	Контроль доступа к среде MAC	Передача маркера, обнаружение коллизий, управление доступом к среде
Физический		Физические, механические и электрические характеристики линий cвязи

Рис. 1.8

Сетевой уровень отсутствует, т.к. в одном сегменте ЛВС не используется коммутация и отсутствует маршрутизация. Сеансовый и представительский уровень вырождены и добавлены в транспортный и прикладной уровни соответственно.

Канальный уровень разбивается на 2 подуровня:

1. LLC - подуровень управления каналом,

2. MAC - подуровень доступа к передающей среде.

LLC управляет передачей сообщения, формированием кадра, осуществляет контроль передачи сообщений, а также организацию повторных передач по тайм-ауту, либо по отрицательной квитанции. LLC (Logical link control - управление логическим звеном) реализуется программным способом (драйвером).

MAC (Medium access control - управление доступом к среде) отвечает за реализацию метода доступа к передающей среде и реализуется аппаратно.

Типы методов доступа

1. Детерминированный - гарантирует захват канала связи в определенные моменты времени и не допускает конфликтных ситуаций (маркерные, виртуальный жетон, тактируемые методы доступа);

2. Случайные (множественные) - позволяют станции захватить канал в любое время, но не гарантирует успешной передачи пакета;

3. Комбинированные - включает элементы детерминированных и случайных методов.

В ЛВС Ethernet используется метод доступа CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - случайный множественный метод доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов). Идея этого метода заключается в следующем. Перед началом передачи каждая станция прослушивает шину на наличие в ней сигнала передачи. Все станции имеют равные права на использование канала. Для быстрого и достоверного обнаружения состояния занятости канала в переданный сигнал включается некоторая несбалансированная составляющая постоянного тока, которая легко обнаруживается при выпрямлении сигнала контроллером (определяется сигнал “наличие несущей”). При отсутствии сигнала в канале станция начинает немедленно передавать информацию в формате, приведенном на рис. 1.9:

Рис. 1.9.

Минимальная длина передаваемого пакета определяется, исходя из необходимости выполнения следующего требования: любая передающая станция в самых неблагоприятных условиях должна получить сигнал конфликта до окончания передачи пакета. При стандартной длине сети Ethernet минимальная длина пакета составляет 72 байта.

Сетевой адаптер каждой станции сравнивает адрес получателя, указанный в пакете, с собственным адресом и при их совпадении копирует кадр в буферную память. При наличии несущего сигнала в шине передача информации откладывается до исчезновения сигнала. После исчезновения сигнала контроллер ожидает еще 9.6 мкс для того, чтобы канал полностью освободился. Если к этому моменту две и более станции имеют данные для передачи, то они одновременно начинают передачу, что приводит к искажению данных. Такая ситуация называется конфликтом, т.е. наложение передач от этих станций, и легко идентифицируются по появлению избыточной несущей (возрастает амплитуда - значение составляющей постоянного тока). Передача прерывается станцией, обнаружившей конфликт передачей сигнала “заглушка” (или сигнал - затор - сообщение длиной не менее 32 бита, которое не может совпадать с контрольной последовательностью предыдущих сообщений), который извещает станции о прекращении всех передач, чтобы никто не попытался начать передачу. После обнаружения конфликта, все соперничающие станции выполняют процедуру, известную как усеченный двоичный экспоненциальный алгоритм откатки. В каждой из соперничающих станций генерируется случайное число, которое определяет длительность задержки (тайм - аута) до следующей попытки передачи. Время задержки всегда кратно 51.2 мкс. В результате станция, сгенерировавшая наименьшее случайное число, получает возможность начать повторную передачу и завершить свою передачу без конфликта. Станции, случайные числа которых оказались хотя бы на единицу больше, обнаружат несущую менее чем через 51.2 мкс и задержат передачу. Если наименьшее число сгенерируют две или более станции, то процедура повторяется с увеличенным диапазоном величины тайм - аута. В течении первых десяти попыток диапазон генерируемых случайных чисел экспоненциально возрастает от 0-1 до 0-1023, а для пяти последующих попыток остается на том же уровне. Если шестнадцатая попытка заканчивается неудачей, то сетевой адаптер отказывается от передачи пакета и извещает об этом протокол более высокого уровня.

Стандартная скорость передачи данных = 10Мбит/с.

Метод CSMA/CD наиболее эффективен в условиях относительно низкой общей загрузки канала (менее 30%).