Вопрос 8 Технология Ethernet: общие сведения, метод случайного доступа к среде передачи данных.

Ethernet — это самая распространенная на сегодняшний день технология локальных сетей.

В узком смысле Ethernet — это 10-мегабитная технология, описанная в стандарте IEEE 802.3 (Institute of Electrical and Electronics Engineers — Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике).

В широком смысле Ethernet — это семейство технологий, включающее не только 10-мегабитный стандарт, но и высокоскоростные технологии Fast Ethernet (100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1 Гбит/с).

В сетях Ethernet используется метод случайного доступа к среде передачи данных, называемый CSMA/CD. (CSMA/CD — carrier-sense-multiply-access with collision detection — метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий).

Этот метод используется только в сетях с общей шиной, которая применяется для передачи данных между любыми двумя узлами сети.

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальными адресами станции отправителя и станции назначения. Затем кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ.

После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу в 9,6 мкс. Эта пауза, называемая также межкадровым интервалом, нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией. После окончания технологической паузы узлы имеют право начать передачу своего кадра, т.к. среда свободна.

Возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю (рис.). Для уменьшения вероятности этой ситуации непосредственно перед отправкой кадра передающая станция «слушает» кабель (то есть принимает и анализирует возникающие на нем электрические сигналы), чтобы обнаружить, не передается ли по кабелю кадр данных от другой станции. Если передается, то станция откладывает передачу своего кадра до окончания чужой передачи, и только потом пытается вновь его передать. Но даже при таком алгоритме две станции одновременно могут решить, что по шине в данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои кадры. При этом происходит коллизия, т.е. столкновение кадров, что приводит к искажению информации.

tp — задержка распространения сигнала между станциями A и B

Рисунок — Схема возникновения коллизии в методе случайного доступа CSMA/CD

После обнаружения коллизии передающая станция обязана прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра. Максимальное количество попыток передачи кадра — 16, после 16 попыток станция отказывается от передачи.

Метод доступа CSMA/CD носит вероятностный характер, и вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от загруженности сети. Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. Именно для этого минимальная длина поля данных кадра должна быть не менее 64 байт (вместе со служебными полями 72 байта). В сети не должно быть более 1024 узлов. Длина кабельной системы выбирается таким образом, чтобы за время передачи кадра минимальной длины сигнал коллизии успел бы распространиться до самого дальнего узла сети (для скорости передачи данных 10 Мб/с максимальное расстояние между двумя любыми узлами сети не должно превышать 2500 метров).

Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 10 мм. Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных:

• 10Base-5

Число 10 обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов — 10 Мб/с, слово Base — метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц, а последний символ обозначает тип кабеля.

5 — коаксиальный кабель диаметром центрального медного провода 2,17 мм и внешним диаметром около 10 мм, называемый "толстым" коаксиалом.

• 10Base-2 — коаксиальный кабель диаметром центрального медного провода 0,89 мм и внешним диаметром около 5 мм, называемый "тонким" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. "Тонкий" коаксиал более дешевый, обладает худшей помехозащищенностью, худшей механической прочностью и более узкой полосой пропускания.

• 10Base-T — кабель на основе неэкранированной витой пары UTP (Unshielded Twisted Pair) категории 3 (категория определяет полосу пропускания кабеля, величину перекрестных наводок и некоторые другие параметры качества кабеля). Образует звездообразную топологию на основе концентратора. Расстояние между концентратором и конечным узлом — не более 100 м.

T — Twisted Pair — витая пара

• 10Base-F —волоконно-оптический кабель (F – Fiber – волокно).