Организация доступа к сети по методу ethernet кратко

Обновлено: 18.05.2024

Все знают, что это невозможно. Но вот приходит невежда, которому это неизвестно — он-то и делает открытие.

Альберт Эйнштейн

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Учу детей тому, как надо учиться

Часто сталкиваюсь с тем, что дети не верят в то, что могут учиться и научиться, считают, что учиться очень трудно.

Лекция 06. Методы доступа в Интернет

В настоящее время существует множество способов соединения с сетью Интернет от подключения компьютера посредством аналогового модема до способов подключения с использованием высокоскоростных технологий.

Способ подключения компьютера к сети Интернет зависит от используемого пользователем уровня услуг, которые он хочет получить от провайдера (поставщика услуг), от скорости и качества передачи данных. К услугам, которые предоставляются Интернет, относятся: E-mail, WWW, FTP, Usenet, IP - телефония, потоковое видео и т.д.

Способы подключения к Интернет можно классифицировать по следующим видам:

коммутируемый доступ;
доступ по выделенным линиям;
доступ по широкополосной сети (DSL - Digital Subscriber Line);
доступ к Интернет по локальной сети;
спутниковый доступ в Интернет;
доступ к Интернет с использованием каналов кабельной телевизионной сети;
беспроводные технологии.

1. Для коммутируемого доступа, как правило, используется аналоговый модем и аналоговая телефонная линия, но применяется и коммутируемый доступ по цифровой телефонной сети ISDN (цифровая сеть связи с интеграцией услуг). Для подключения ПК к цифровой сети с интеграцией услуг ISDN используется ISDN-адаптер. Кроме того, коммутируемый доступ к Интернет может осуществляться с помощью беспроводных технологий: мобильный GPRS – Интернет и мобильный CDMA - Internet.

Dial-Up (когда компьютер пользователя подключается к серверу провайдера, используя телефон)– коммутируемый доступ по аналоговой телефонной сети скорость передачи данных до 56 Кбит/с.

ISDN - коммутируемый доступ по цифровой телефонной сети. Главная особенность использования ISDN - это высокая скорость передачи информации, по сравнению с Dial-Up доступом. Скорость передачи данных составляет 64 Кбит/с при использовании одного и 128 Кбит/с, при использовании двух каналов связи.

2. Доступ в Интернет по выделенным линиям (аналоговым и цифровым). Доступ по выделенной линии - это такой способ подключения к Интернет, когда компьютер пользователя соединен с сервером провайдера с помощью кабеля (витой пары) и это соединение является постоянным, т.е. некоммутируемым, и в этом главное отличие от обычной телефонной связи. Скорость передачи данных до 100 Мбит/c.

Доступ по выделенным каналам связи предполагает постоянный канал связи от помещений с компьютером до коммутатора, принадлежащего ISP (провайдеру). Этот способ доступа обеспечивает подключение компьютера все 24 часа в сутки. Существует несколько вариантов подключения: по выделенным линиям со скоростями 2400 бит/с - 1,544 Мбит/с. и по постоянным виртуальным каналам коммутации кадров со скоростями 56, Кбит/с - 45 Мбит/с. Для больших организаций этот метод подключения локальной сети к Интернет является наиболее эффективным.

3. Перспективным методом подключения к Интернет, как для физических лиц, так и для компаний является широкополосная сеть DSL.

DSL (Digital Subscriber Line) - семейство цифровых абонентских линий, предназначенных для организации доступа по аналоговой телефонной сети, используя кабельный модем. Эта технология (ADSL, VDSL, HDSL, ISDL, SDSL, SHDSL, RADSL под общим названием xDSL) обеспечивает высокоскоростное соединение до 50 Мбит/с (фактическая скорость до 2 Мбит/с). Основным преимуществом технологий xDSL является возможность значительно увеличить скорость передачи данных по телефонным проводам без модернизации абонентской телефонной линии. Пользователь получает доступ в сеть Интернет с сохранением обычной работы телефонной связи.

4. Доступ к Интернет по локальной сети с архитектурой Fast Ethernet обеспечивает пользователю доступ к ресурсам глобальной сети Интернет и ресурсам локальной сети. Подключение осуществляется с помощью сетевой карты (10/100 Мбит/с) со скоростью передачи данных до 1 Гбит/с на магистральных участках и 100 Мбит/сек для конечного пользователя. Для подключения компьютера пользователя к Интернет в квартиру подводится отдельный кабель (витая пара), при этом телефонная линия всегда свободна.

5. Спутниковый доступ к Интернет или спутниковый Интернет (DirecPC, Europe Online) является популярным для пользователей удаленных районов.

Спутниковый доступ в Интернет бывает двух видов:

Ассиметричный - обмен данными компьютера пользователя со спутником двухсторонний.
Симметричный - запросы от пользователя передаются на сервер спутникового оператора через любое доступное наземное подключение, а сервер передает данные пользователю со спутника. Максимальная скорость приема данных до 52,5 Мбит/с (реальная средняя скорость до 3 Мбит/с).

6. Доступ в Интернет с использованием каналов кабельной телевизионной сети, кабельный Интернет (“coax at a home”). Пользователи кабельного телевидения для подключения к Интернет могут использовать каналы кабельной телевизионной сети, при этом скорость приема данных от 2 до 56 Мб/сек. Для организации подключения к кабельной телевизионной сети используется кабельный модем.

В настоящее время известны две архитектуры передачи данных это симметричная и асимметричная архитектуры.

Кроме того, существует два способа подключения:

а) кабельный модем устанавливается отдельно в каждой квартире пользователей;
б) кабельный модем устанавливается в доме, где живет сразу несколько пользователей услуг Интернета. Для подключения пользователей к общему кабельному модему используется локальная сеть и устанавливается общее на всех оборудование Ethernet.

7. В последнее время все более популярными становятся беспроводные методы подключения к Интернет.

WiFi;
WiMax;
RadioEthernet;
MMDS;
LMDS
мобильный GPRS – Интернет;
мобильный CDMA – Internet.

Рассмотрим подробнее беспроводные технологии:

WiFi (Wireless Fidelity - точная передача данных без проводов) – технология широкополосного доступа к сети Интернет. Скорость передачи информации для конечного абонента может достигать 54 Мбит/с. Радиус их действия не превышает 50 – 70 метров. Беспроводные точки доступа применяются в пределах квартиры или в общественных местах крупных городов. Имея ноутбук или карманный персональный компьютер с контроллером Wi-Fi, посетители кафе или ресторана (в зоне покрытия сети Wi-Fi) могут быстро соединиться с Интернетом.

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), аналогично WiFi - технология широкополосного доступа к Интернет. WiMAX, в отличие от традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости базовой станции. Эксперты считают, что мобильные сети WiMAX открывают гораздо более интересные перспективы для пользователей, чем фиксированный WiMAX, предназначенный для корпоративных заказчиков. Информацию можно передавать на расстояния до 50 км со скоростью до 70 Мбит/с.

В настоящее время WiMAX частично удовлетворяет условиям сетей 4G, основанных на пакетных протоколах передачи данных. К семейству 4G относят технологии, которые позволяют передавать данные в сотовых сетях со скоростью выше 100 Мбит/сек. и повышенным качеством голосовой связи. Для передачи голоса в 4G предусмотрена технология VoIP.

RadioEthernet - технология широкополосного доступа к Интернет, обеспечивает скорость передачи данных от 1 до 11 Мбит/с, которая делится между всеми активными пользователями. Для работы RadioEthernet-канала необходима прямая видимость между антеннами абонентских точек. Радиус действия до 30 км.

MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System). Эти системы способна обслуживать территорию в радиусе 50—60 км, при этом прямая видимость передатчика оператора является не обязательной. Средняя гарантированная скорость передачи данных составляет 500 Кбит/с — 1 Мбит/с, но можно обеспечить до 56 Мбит/с на один канал.

LMDS (Local Multipoint Distribution System) - это стандарт сотовых сетей беспроводной передачи информации для фиксированных абонентов. Система строится по сотовому принципу, одна базовая станция позволяет охватить район радиусом в несколько километров (до 10 км) и подключить несколько тысяч абонентов. Сами БС объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами (RadioEthernet). Скорость передачи данных до 45 Мбит/c.

Мобильный GPRS – Интернет. Для пользования услугой "Мобильный Интернет" при помощи технологии GPRS необходимо иметь телефон со встроенным GPRS - модемом и компьютер.

Технология GPRS обеспечивает скорость передачи данных до 114 Кбит/с. При использовании технологии GPRS тарифицируется не время соединения с Интернетом, а суммарный объем переданной и полученной информации. Вы сможете просматривать HTML-страницы, перекачивать файлы, работать с электронной почтой и любыми другими ресурсами Интернет.

Технология GPRS - это усовершенствование базовой сети GSM или протокол пакетной коммутации для сетей стандарта GSM. EDGE является продолжением развития сетей GSM/GPRS. Технология EDGE (улучшенный GPRS или EGPRS) обеспечивает более высокую скорость передачи данных по сравнению с GPRS (скорость до 200 Кбит/сек). EDGE (2,5 G) – это первый шаг на пути к 3G технологии.

Мобильный CDMA - Internet. Сеть стандарта CDMA - это стационарная и мобильная связь, а также скоростной мобильный интернет. Для пользования услугой "Мобильный Интернет" при помощи технологии CDMA необходимо иметь телефон со встроенным CDMA - модемом или CDMA модем и компьютер. Технология CDMA обеспечивает скорость передачи данных до 153 Кбит/с или до 2400 Кбит/с - по технологии EV-DO Revision 0.

В настоящее время технология CDMA предоставляет услуги мобильной связи третьего поколения. Технологии мобильной связи 3G (third generation — третье поколение) — набор услуг, который обеспечивает как высокоскоростной мобильный доступ к сети Интернет, так и организовывает видеотелефонную связь и мобильное телевидение. Мобильная связь третьего поколения строится на основе пакетной передачи данных. Сети третьего поколения 3G работают в диапазоне около 2 ГГц, передавая данные со скоростью до 14 Мбит/с.

Сети третьего поколения 3G реализованы на различных технологиях, основанных на следующих стандартах: W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) и его европейском варианте – UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), который является приемником GSM/GPRS/EDGE; CDMA2000 1X, являющимся модификацией стандарта CDMA; китайским вариантом - TD-CDMA/TD-SCDMA.

Следует отметить, что в настоящее время для доступа в Интернет применяются также технологии Home PNA (HPNA) и HomePlug. Доступ в Интернет по выделенным линиям Home PNA или HPNA (телефонным линиям) и доступ через бытовую электрическую сеть напряжением 220 вольт (HomePlug, Plug — это штепсель). Обычно доступ к Интернету по выделенным линиям Home PNA и HomePlug комбинируется с такими методами доступа как DSL, WiFi.

Скорость передачи данных HPNA 1.0 составляет 1 Мбит/с, а расстояние между наиболее удаленными узлами не превышает 150 метров. Спецификация HomePNA 2.0 обеспечивает доступ со скоростью до 10 Мбит/с и расстояние до 350 м.

Технология Home PNA применяется в основном для организации домашней сети с помощью сетевых адаптеров. Подключение к глобальной сети можно осуществить с помощью роутера через сети общего доступа. Кроме того, технология HPNA предназначена для организации коллективного доступа в Интернет (например, для подключения жилого дома или подъезда дома к Интернет по существующей телефонной проводке). Телефонную линию при этом можно использовать для ведения переговоров.

Стандарт HomePlug 1.0 доступ к Интернет через бытовую электрическую сеть поддерживает скорость передачи до 14 Мбит/с. максимальная протяжённость между узлами до 300 м. Компания Renesas, выпустила модем в виде штепсельной вилки для передачи данных по электросетям.

Технология PLС (Power Line Communication) позволяет передавать данные по высоковольтным линиям электропередач, без дополнительных линий связи. Компьютер подключается к электрической сети и выходит в Интернет через одну и ту же розетку. Для подключения к домашней сети не требуется никаких дополнительных кабелей. К домашней сети можно подключить различное оборудование: компьютеры, телефоны, охранную сигнализацию, холодильники и т.д.

Обработку кадров, передаваемых по сети, выполняют сетевой адаптер, устанавливаемый в слот расширения станции, и соответствующий ему драйвер.

поддерживают метод доступа в сети,
формируют и анализируют кадры, передаваемые по сети.

В зависимости от поддерживаемого метода доступа и типа кадра сетевые адаптеры можно разделить на несколько групп: Ethernet, Token Ring, ARCNet, FDDI и др. Сети, где устанавливаются перечисленные адаптеры, имеют те же названия: сети Ethernet, сети Token Ring и т. д. Следует отметить, что рассматриваемые СА поддерживают разные методы доступа и типы кадров, поэтому они не совместимы между собой. Следовательно, на станциях, подключаемых к одному сегменту сети, необходимо устанавливать сетевые адаптеры одного типа.

Ниже рассматриваются методы доступа и кадры для сетей Ethernet, Token Ring, ARCNet и FDDI.

Метод доступа и кадры для сетей Ethernet

все устройства, подключённые к сегменту сети, равноправны, т. е. любая станция может начать передачу в любой момент времени, если передающая среда свободна,
кадр, передаваемый одной станцией, одновременно анализируется всеми остальными станциями сегмента.

Стандарты Ethernet поддерживают метод доступа CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) и обеспечивают скорость передачи по шине 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. По-русски этот метод доступа называется "Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий". Ниже приводится краткое описание этого метода доступа.

Передача данных происходит следующим образом. Станция проверяет состояние среды передачи данных (шины). Если среда занята, то станция ожидает освобождения среды. Если среда свободна, то станция начинает передавать кадр данных, одновременно контролируя состояние среды (несущую частоту f1). В том случае, когда за время передачи кадра станция не обнаружила состояние коллизии в сети (т. е. частота f1 не изменилась), считается, что данные переданы успешно.

Если при передаче кадра произошла коллизия (т. е. несущая частота изменилась на величины f2(f1), то станция прекращает передавать данные и выдаёт специальную последовательность из 32 битов, которая позволяет всем станциям определить, что произошла коллизия. Затем станция переходит в состояние ожидания на небольшой случайный промежуток времени, по окончании которого она, проверив среду, пытается ещё раз передать по сети свой кадр. Если за 16 попыток станции не удается передать свои данные, то считается, что среда недоступна.

Следует отметить, что коллизия (конфликт) может произойти в том случае, если среду проверяют несколько станций одновременно. Выяснив, что среда свободна, они пытаются передать свои кадры. При одновременной передаче нескольких кадров несущая частота среды изменяется до величины f2, отличной от f1 (передача одного кадра). Коллизию обнаруживают все станции, которые пытаются одновременно передать свои данные. Каждая из этих станций выполняет действия, перечисленные выше.

Существует четыре основные разновидности кадров Ethernet (рисунок 2.28). NetWare все их поддерживает.

Рис. 2.28. Типы кадров для сетей Ethernet

Цифры на рисунке обозначают длины полей кадров (в байтах). Здесь введены следующие обозначения.

P - преамбула. Представляет собой семибайтовую последовательность единиц и нулей (101010. ). Это поле предназначено для синхронизации приёмной и передающей станций.

SFD (Start Frame Delimiter) - признак начала кадра (10101011),

DA (Destination Address), SA (Source Address) - адреса получателя и отправителя. Они представляют собой физические адреса сетевых адаптеров Ethernet и являются уникальными. Первые три байта адреса назначаются каждому производителю Ethernet-адаптеров (для адаптеров фирмы Intel это будет значение 00AA00h, а для адаптеров 3Com - 0020afh), последние три байта определяются самим производителем. Для широковещательных кадров поле DA устанавливается в FFFFFFFFh.

FCS (Frame Check Sequence) - контрольная сумма всех полей кадра (за исключением полей преамбулы, признака начала кадра и самой контрольной суммы). Если длина пакета передаваемых данных меньше минимальной величины, то адаптер Ethernet автоматически дополняет его до 46 байтов. Этот процесс называется выравниванием (padding). Жёсткие ограничения на минимальную длину пакета были введены для обеспечения нормальной работы механизма обнаружения коллизий.

Теперь рассмотрим специфичные поля каждого типа кадра.

Ethernet_II

Этот тип кадра был разработан первым для сетей Ethernet. Дополнительно содержит следующее поле:

Type - определяет тип протокола сетевого уровня, пакет которого переносится этим кадром (8137h - для протокола IPX, 0800h - для протокола IP, 809Bh - для протокола AppleTalk и т. д.). Все идентификаторы имеют значения старше 05bch.

Ethernet_802.3

Этот тип кадра был создан фирмой Novell и является базовым для сетей с ОС NetWare 3.11. Дополнительно содержит следующее поле:

Length - длина передаваемого пакета.

Поскольку в этом кадре отсутствует поле с типом протокола, то он может быть использован только для переноса IPX. Заголовок пакета IPX (рисунок 2.14) следует непосредственно за полем длины, поэтому первое поле пакета (поле Checksum) содержит значение FFFFh.

Ethernet_802.2

Этот тип кадра разработан подкомитетом IEEE 802.3 в результате стандартизации сетей Ethernet. Этот кадр содержит следующие дополнительные поля:

Length - длина передаваемого пакета,

DSAP (Destination Service Access Point) - тип протокола сетевого уровня станции-получателя (E0h - для IPX),

SSAP (Source Service Access Point) - тип протокола сетевого уровня станции-отправителя,

Control - номер сегмента; используется при разбиении длинных IP-пакетов на более мелкие сегменты; для пакетов IPX это поле всегда содержит значение 03h (обмен ненумерованными датаграммами).

Ethernet_SNAP

Этот кадр является модернизацией кадра Ethernet_802.2 и содержит ещё два поля: OUI (Organizational Unit Identifier) и ID, которые определяют тип протокола верхнего уровня SNAP Protocol ID.

Каждая станция начинает принимать кадр с преамбулы Р. Затем сравнивает значение адреса DA со своим адресом. Если адреса одинаковы, или пришёл широковещательный кадр, или задана специальная программа обработки, то кадр копируется в буфер станции. Если нет, то кадр игнорируется.

если за полем SA следует значение старше 05dch, то это кадр Ethernet_II,
если за полем Length следует идентификатор FFFFh, то это кадр Ethernet_802.3,
если за полем Length следует идентификатор AAh, то это кадр Ethernet_SNAP, иначе - это кадр Ethernet_802.2.

Метод доступа и кадры для сетей Token Ring

станции подключаются к сети по топологии кольцо,
все станции, подключённые к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер),
в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.

Рис. 2.29. Типы кадров для сетей Token Ring

Этот метод доступа излагается при обсуждении кадров Token Ring в конце данного пункта.

Data/Command Frame (кадр управления/данные),
Token (маркер),
Abort (кадр сброса).

Цифры на рисунке обозначают длины полей кадров (в байтах). Здесь введены следующие обозначения полей:

SD (Start Delimiter) - признак начала кадра. Синхронизирует работу приёмника и передатчика, подготавливает станцию к приёму пакета.

Поле Р (Priority). Предположим, что станции WS1, WS2 и WS3 связаны в кольцо. Пусть у станции WS2 есть данные для передачи с приоритетом 5. В это время через неё проходит кадр (например, данные от WS1), где в поле AC установлен приоритет 3 (поле Р). Тогда WS2 запоминает старое значение Р (=3), устанавливает в Р новое значение (=5, т. е. более высокий уровень) и ретранслирует кадр дальше. По кольцу этот кадр возвращается к станции-отправителю WS1. Она, обнаружив в поле Р значение 5, формирует кадр Token (маркер) со значением поля Р, равным 5, и направляет этот кадр по кольцу. Таким образом, станция WS2 получит право на передачу, поскольку у неё самый высокий приоритет. Передав данные, WS2 сформирует и передаст кадр Token с приоритетом 5. Если ни одна станция в сети не имеет данных с таким приоритетом, то маркер (кадр Token) вернётся на WS2. Эта станция "вспомнит", что в своё время увеличила приоритет, и уменьшит его, изменив значение Р в поле AС с 5 на 3. Затем маркер с приоритетом 3 будет передан в сеть.
Поле Т (Token). Этот бит равен 1, если это кадр Data/Command Frame, и равен 0, если это кадр Token.
Поле М (Monitor). При первом проходе станция-монитор устанавливает этот бит в 1. Если затем она получает по кольцу этот кадр с битом М=1, то считает, что станция-отправитель неисправна и удаляет этот кадр из сети.

FC (Frame Control) - поле кадра управления. Для кадра управления в этом поле содержится команда управления. Это может быть команда инициализации кольца, команда проверки адресов устройств и т. п.

DA (Destination Address) - адрес приёмника. Это может быть broadcast-, multicast- или unicast-адрес.

SA (Source Address) - адрес источника.

Пакет - это данные, сформированные каким-либо протоколом (например, IPX). Максимальная длина пакета зависит от загрузки сети. При большой загрузке сети, когда многие станции имеют данные для передачи, интервал времени между получениями маркера станцией будет увеличиваться. В такой ситуации станции автоматически уменьшают максимальный размер пакета, поэтому каждая станция будет передавать свои данные за более короткий промежуток времени и, следовательно, уменьшится время получения (ожидания) маркера или время доступа станции к среде. Когда загрузка сети уменьшается, максимальный размер пакета динамически увеличивается. Этот механизм позволяет устойчиво работать сети Token Ring при пиковых нагрузках.

FCS (Frame Check Sequence) - контрольная сумма, вычисленная для полей FC, DA, SA, Пакет.

ED (End Delimiter) - конечный ограничитель кадра. Кроме этого один бит в этом поле используется для индикации, что этот кадр является последним в логической цепочке. Ещё один бит изменяется приёмником при обнаружении ошибки после сравнения контрольной суммы со значением в поле FCS.

FS (Frame Status) - поле статуса кадра. Состоит из полей A (Address Resolution) и C (Frame Copied). Передающая станция устанавливает эти поля в 0, а принимающая станция изменяет их в соответствии с результатами приёма кадра и ретранслирует кадр дальше по сети. Когда кадр возвращается на станцию-передатчик, выполняется проверка полей A и С (таблица 2.12), и кадр удаляется из кольца.

Ниже приведено краткое описание метода доступа Token Ring.

Управление станциями в сети происходит с помощью передачи специального кадра Token - маркера (рисунок 2.29). Станция, которая приняла маркер, получает право на передачу и может передавать данные. Для этого станция удаляет маркер из кольца, формирует кадр данных и передаёт его следующей станции. В сети Token Ring все станции принимают и ретранслируют все кадры, проходящие по кольцу. При приёме станция сравнивает поле адреса кадра (DA) с собственным адресом. Если адреса не совпадают, то кадр передаётся далее по кольцу без изменений. Если адреса совпадают, или принят кадр с broadcast-адресом, то содержимое копируется в буфер станции, а по результатам приёма вносятся изменения в поле статуса кадра (FS). Затем кадр передаётся далее по сети и, таким образом, возвращается на станцию-отправитель. Получив кадр, станция-отправитель проверяет поле статуса кадра (FS) (таблица 2.12), формирует маркер и передаёт его следующей станции. Таким образом, следующая станция получает право на передачу данных.

Метод доступа и кадры для сетей ARCNet

все устройства, подключённые к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер),
в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом,
кадр, передаваемый одной станцией, одновременно анализируется всеми остальными станциями сети.

Этот метод доступа излагается после рассмотрения кадров ARCNet.

В сетях ARCNet используется асинхронный метод передачи данных (в сетях Ethernet и Token Ring применяется синхронный метод). Т. е. передача каждого байта в ARCNet выполняется посылкой ISU (Information Symbol Unit - единица передачи информации), состоящей из трёх служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных.

Кадр ITT (Invitations To Transmit) - приглашение к передаче. Станция, принявшая этот кадр, получает право на передачу данных.
Кадр FBE (Free Buffer Enquiries) - запрос о готовности к приёму данных. С помощью этого кадра проверяется готовность узла к приёму данных.
Кадр DATA - с помощью этого кадра передаётся пакет данных.
Кадр ACK (ACKnowledgments) - подтверждение приёма. Подтверждение готовности к приёму данных (ответ на FBE) или подтверждение приёма кадра DATA без шибок (ответ на DATA).
Кадр NAK (Negative ACKnowledgments) - Узел не готов к приёму данных (ответ на FBE) или принят кадр с ошибкой (ответ на DATA).

Рис. 2.30. Типы кадров для сетей ARCNet

Цифры на рисунке 2.30 обозначают длины полей кадров (в байтах). На рисунке введены следующие обозначения полей:

AB (Alert Burst) - начальный разделитель. Он выполняет функции преамбулы кадра.

EOT (End Of Transmit) - символ конца передачи.

DID (Destination Identification) - адрес приёмника (ID приёмника). Если в поле заносится значение 00h, то кадр обрабатывается всеми станциями.

ENQ (ENQuiry) - символ запроса о готовности к приёму данных.

SOH (Start Of Header) - символ начального заголовка.

SID (Source Identification) - адрес источника (ID источника).

COUNT = 512-N, где N - длина пакета в байтах.

CRC - контрольная сумма.

ACK (ACKnowledgments) - символ готовности к приёму данных.

NAK (Negative ACKnowledgments) - символ не готовности к приёму данных.

Ниже приведено описание метода доступа Token Bus.

В сети ARCNet очерёдность передачи данных определяется физическими адресами станций (ID). Первой является станция с наибольшим адресом, затем следует станция с наименьшим адресом, далее - в порядке возрастания адресов. Каждая станция знает адрес следующей за ней станции (NextID или NID). Этот адрес определяется при выполнении процедуры реконфигурации системы. Выполнив передачу данных, станция передаёт право на передачу данных следующей станции при помощи кадра ITT, при этом в поле DID устанавливается адрес NID. Следующая станция передаёт данные, затем кадр ITT и так далее. Таким образом, каждой станции предоставляется возможность передать свои данные. Предположим, что в сети работают станции с физическими адресами 3, 11, 14, 35, 126. Тогда маркер на передачу (кадр ITT) будет передаваться в следующей последовательности: 126®3®11®14®35®126®3 и т. д.

Для передачи пакета станция сначала должна получить маркер. Получив маркер, узел посылает кадр FBE той станции, которой должны быть переданы данные. Если станция-приёмник не готова, она отвечает кадром NAK, в противном случае - ACK. Получив ACK, узел, владеющий маркером, начинает передавать кадр DATA. После отправки кадра передатчик ожидает ответа в течение 75,6 мкс. Если получен ответ ACK, то передатчик передаёт маркер следующей станции. Если получен ответ NAK, то передатчик повторно передаёт приёмнику кадр DATA. Затем, вне зависимости от ответа маркер передаётся следующей станции.

Каждая станция начинает принимать кадр DATA, обнаружив передачу начального разделителя AB. Затем сравнивает значение адреса DID со своим адресом. Если адреса одинаковы или пришёл broadcast-кадр, данные записываются в буфер станции, если нет, то кадр игнорируется. Кадр считается нормально принятым, если он принят полностью, и контрольная сумма совпадает со значением в поле CRC. Получив нормальный кадр DATA, станция передаёт ответ ACK. Если при приёме обнаружена ошибка, то передаётся ответ NAK. В ответ на широковещательный кадр DATA кадры ACK и NAK не передаются.

В заключение этого пункта рассмотрим, как выполняется реконфигурация сети ARCNet.

Реконфигурация сети выполняется автоматически всякий раз при включении новой станции или при потере маркера. Сетевой адаптер начинает реконфигурацию, если в течение 840 мс не получен кадр ITT. Реконфигурация производится с помощью специального кадра реконфигурации (Reconfiguration Burst). Такой кадр длиннее любого другого кадра, поэтому маркер будет разрушен (из-за коллизии), и никакая станция в сети не будет владеть маркером (т. е. правом на передачу). После приёма кадра реконфигурации каждая станция переходит в состояние ожидания на время, равное 146*(256-ID) мкс. Если по окончании тайм-аута передач по сети не было (а это справедливо только для станции с наибольшим адресом ID), то узел передаёт кадр ITT с адресом DID, равным собственному ID. Если ни одна станция не ответила, узел увеличивает DID на единицу и повторяет передачу кадра ITT и т. д. После положительного ответа маркер передаётся ответившей станции, а её адрес ID запоминается как адрес следующей станции (NID). Эта операция повторяется, пока маркер не вернётся к первому узлу (станции с максимальным адресом). При выполнении реконфигурации каждая станция в сети узнаёт следующую за ней станцию. Таким образом формируется логическое кольцо, определяющее последовательность передачи маркера.

Метод доступа и кадры для сетей FDDI

Адаптеры FDDI поддерживают метод доступа Token Ring (см. п. 2.3.6.2) и обеспечивают производительность 100 Мбит/с. Максимальная длина кольца с оптоволоконным кабелем FDDI - 100 км. Интерфейс FDDI (Fiber Distributed Data Interface) является более современным, чем Ethernet, Token Ring и ARCNet. Сети FDDI можно использовать для объединения нескольких сетей Ethernet, расположенных в разных зданиях (рисунок 2.31).

в Token Ring маркер передаётся следующей станции только после возвращения кадра в узел, который передал этот кадр в сеть; в методе FDDI маркер будет передан непосредственно после передачи кадра данных в сеть,
в методе FDDI не используется поле приоритета Р (в байте АС).

Data/Command Frame (кадр управление/данные),
Token (маркер).

Цифры на рисунке 2.32 обозначают длины полей кадров (в байтах). На рисунке введены следующие обозначения полей:

P - преамбула. Это поле предназначено для синхронизации.

SD - признак начала кадра.

FC - поле, состоящее из следующих областей: CLFFTTTT.

Рис. 2.31. Использование интерфейса FDDI для объединения сетей Ethernet

Бит C устанавливает класс кадра, который определяет, будет ли кадр использоваться для синхронного или асинхронного обмена. Бит L - это индикатор длины адреса станции (16 или 48 битов). В отличие от Ethernet и Token Ring здесь допускается использование в одной сети адресов той и другой длины. Биты FF определяют, принадлежит ли кадр подуровню MAC (т. е. кадр предназначен для управления кольцом) или подуровню LLC (т. е. кадр предназначен для передачи данных). Если кадр является кадром подуровня MAC, то биты TTTT определяют тип пакета (IPX и т. д.).

DA - адрес станции-приёмника.

SA - адрес станции-источника.

FCS -контрольная сумма.

ED - конечный ограничитель кадра.

FS - поле статуса пакета. Это поле содержит поля А (Address Resolution) и C (Frame Copied) (см. таблицу 2.12).

Ethernet – технология локальных сетей, отвечающая за передачу данных по кабелю, доступную для устройств компьютерных и промышленных сетей. Данная технология располагается на канальном (подуровни LLC и MAC) и физическом уровнях модели OSI.

По скорости передачи данных существуют такие технологии:

Ethernet – 10 Мб/с
Fast Ethernet – 100 Мб/с
Gigabit Ethernet – 1 Гб/с
10G Ethernet – 10 Гб/с

Современное оборудование позволяет достигать скорости в 40 Гб/с и 100 Гб/с: такие технологии получили название 40GbE и 100GbE соответственно.

Также стоит выделить классический и коммутируемый Ethernet. Первый изначально использовал разделяемую среду в виде коаксиального кабеля, который позже был вытеснен концентраторами (hub). Основные недостатки – низкая безопасность и плохая масштабируемость (искажение данных при одновременной передаче 2-мя и более компьютерами, также известное как "коллизия").

Коммутируемый Ethernet является более новой и усовершенствованной технологией, которая используется по сей день. Чтобы устранить недостатки предыдущей версии, разделяемую среду исключили и использовали соединение точка-точка. Это стало возможным благодаря новым устройствам под названием "коммутаторы" (switch).

Классическая технология Ethernet давно и успешно заменена новыми технологиями, но некоторые нюансы работы сохранились. Рассмотрим классическую версию.

Физический уровень включает в себя 3 варианта работы Ethernet, которые зависят от сред передачи данных. Это:

коаксиальный кабель
витая пара
оптоволокно

Канальный, в свою очередь, включил методы доступа, а также протоколы, что ничем не отличаются для различных сред передачи данных. Подуровни LLC и MAC в классической технологии присутствуют вместе.

MAC-адреса позволяют идентифицировать устройства, подключенные к сети Ethernet, и идентичных при этом быть не должно, в противном случае из нескольких устройств с одинаковыми адресами будет работать только одно.

По типам MAC-адреса разделяются на:

Индивидуальные (для отдельных компьютеров).
Групповые (для нескольких компьютеров).
Широковещательные (для всех компьютеров сети).

Адреса могут назначаться как производителем оборудования (централизованно), так и администратором сети (локально).

Технология Ethernet и формат кадра:

Также не стоит забывать о коллизиях. Если сигнал, который принят, отличается от переданного, это означает, что произошла коллизия.

Технология CSMA/CD разработана с учетом возникновения коллизий и предполагает их контроль. Модель CSMA/CD выглядит следующим образом:

Классический Ethernet плох тем, что становится неработоспособным при нагрузке более чем 30%.

На сегодняшний день это наиболее оптимальная альтернатива, которая полностью исключает возможность появления коллизий и связанных с ними проблем.

Суть коммутируемого Ethernet в том, что вместо хаба используется свич (коммутатор) – устройство, которое работает на канальном уровне и обладает полносвязной топологией, что обеспечивает соединение всех портов друг с другом напрямую по технологии точка-точка.

Таблицы коммутации есть в каждом таком устройстве. Они описывают, какие компьютеры к какому порту свича подключены. Чтобы узнать MAC-адреса, используется алгоритм обратного обучения, а для передачи данных – алгоритм прозрачного моста.

Простейшая таблица коммутации:

Алгоритм обратного обучения работает таким образом: коммутатор принимает кадры, анализирует заголовок и извлекает из него адрес отправителя. Таким образом, к определенному порту подключен компьютер с конкретным MAC-адресом.

Прозрачный мост не требует настройки и так назван за счет того, что он не заметен для сетевых устройств (у него нет своего MAC-адреса). Коммутатор принимает кадр, анализирует заголовок, извлекает из него адрес получателя и сопоставляет его с таблицей коммутации, определяя порт, к которому подключено устройство. Таким образом, кадр передается на конкретный порт получателя, а не на все порты, как в случае с концентратором. Если же адрес не найден в таблице, коммутатор работает так же, как и хаб.

Технология Ethernet претерпела немало изменений с момента своего появления. Сегодня она способна обеспечить высокоскоростное соединение, лишенное коллизий и не ограниченное небольшой нагрузкой сети, как это было в случае с классическим Ethernet.

В современных локальных сетях используются коммутаторы, которые по своей функциональности значительно эффективнее концентраторов. Больше нет разделяемой среды и связанных с ней коллизий, затрудняющих работу с сетью. Свичи анализируют заголовки и передают кадры только конечному получателю по принципу точка-точка. Способны "изучать" сеть благодаря таблице коммутации и алгоритму обратного обучения.

Плюсами коммутируемого Ethernet являются масштабируемость, высокая производительность и безопасность.

Вынужденная пауза в выходе новых статей подошла к концу и, собственно, этой статьей мы положим начало активному периоду наполнения сайта новым контентом. С выбором темы для статьи было в этот раз все максимально просто - в далекие-далекие времена была обещана статья про работу с Ethernet, наконец-то настало время исполнить обещанное. Но начнем мы для начала с общего обзора и описания технологии и некоторых нюансов, связанных с работой. А уже в следующих статьях будет практическое использование.

Семейство технологий Ethernet.

Как в самом начале не привести максимально "стандартное" и распространенное определение, вот оно: Ethernet - семейство технологий пакетной передачи данных между устройствами для компьютерных и промышленных сетей. А теперь уже переходим непосредственно к сути.

В сетевой модели OSI (про нее скоро тоже будет статья, а здесь появится ссылка на нее) Ethernet отвечает за 2 самых низких уровня - физический и канальный. Собственно, физический уровень определяет метод, который используется для непосредственной передачи двоичных данных. Канальный же, в свою очередь, обеспечивает упаковку полученных с физического уровня данных в структурированные кадры, а также контролирует их целостность и безошибочность.

Модификации Ethernet.

Классификация модификаций Ethernet в основном заключается в различиях двух факторов - используемого типа кабеля, а также возможной скорости передачи данных. Различают:

Варианты соединения	Скорость
Ethernet	Коаксиальный кабель, оптика, витая пара	10 Мб/с
Fast Ethernet	Оптика, витая пара	100 Мб/с
Gigabit Ethernet	Оптика, витая пара	1 Гб/с
10G Ethernet	Оптика, витая пара	10 Гб/с

Как мы и отметили сразу, различаются, в первую очередь, скорость передачи данных и тип используемого кабеля. На заре развития Ethernet использовались исключительно коаксиальные кабели, и лишь затем появились варианты с витой парой и оптикой, что привело к значительному расширению возможностей. К примеру, использование витой пары дает одновременно:

на порядки более высокую помехозащищенность, благодаря использованию дифференциального сигнала, что мы уже отмечали ранее, при обсуждении RS-485.
повышенная надежность сети, в основном, за счет появления возможности использовать соединение по топологии "звезда". То есть при обрыве связи между любыми двумя узлами сети это не влияет на незатронутые этим обрывом остальные узлы.
возможность использовать Full Duplex передачу данных. В двух словах об этом, наглядная табличка:

Внутри указанных четырех модификаций (Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10G Ethernet) присутствует дополнительное "внутреннее" разделение. Например, возьмем 10 Мбит/с Ethernet. Этот тип включает в себя:

Ethernet (10 Мб/с)
10Base-2
10Base-5
10Base-T
10Base-F
10Base-FL

При этом различная физическая реализация подключения (разные кабели) приводят к возможности использования разных топологий сети. Для 10Base-5 максимально топорно:

А вот 10Base-T уже может использовать полнодуплексную передачу данных:

Здесь, как видите присутствует устройство под названием сетевой концентратор. Поэтому небольшое лирическое отступление на эту тему.

Зачастую термины сетевой концентратор, сетевой коммутатор и маршрутизатор перемешиваются и могут использоваться для описания одного и того же. Но строго говоря, все эти три термина относятся к абсолютно разному типу устройств:

Сетевой концентратор (хаб) работает на 1-м (физическом) уровне модели OSI и ретранслирует сигнал с одного входящего порта, на несколько исходящих. На этом его функционал заканчивается.
Сетевой коммутатор (свитч) работает на 2-м (канальном уровне). Здесь также происходит передача данных от одного устройства нескольким, но при этом коммутатор анализирует кадры на предмет MAC-адреса получателя и передает пакет только тому узлу, которому он адресован(!). Адресацию и структуру кадров подробно разберем чуть ниже.
Маршрутизатор же и вовсе работает на 3-м уровне (сетевом) модели OSI.

Возвращаемся к схеме для стандарта 10Base-T. Поскольку для передачи и приема используются физически разные линии, то нет и препятствий для одновременного протекания данных процессов. Принцип же формирования данных остается неизменным практически для всех модификаций Ethernet, к обсуждению чего мы и переходим.

Кадр Ethernet.

Вся передаваемая информация поделена на пакеты/кадры, имеющие следующий формат:

Рассмотрим блоки подробнее:

MAC-адрес устройства, которому предназначен данный кадр.
MAC-адрес отправителя.
EtherType - двухбайтное поле, которое служит для указания типа протокола для данных, передаваемых в этом кадре. Для наглядности, некоторые возможные значения:
- 0x0800 - IPv4
- 0x86DD - IPv6
- 0x0842 - Wake-on-LAN
- 0x809B - AppleTalk
Все поля, кроме поля данных, являются служебными.

Методика анализа контрольной суммы абсолютно стандартна: отправитель рассчитывает контрольную сумму на основе остальных данных кадра и добавляет рассчитанное значение к этому же отправляемому кадру. Получатель также рассчитывает контрольную сумму на основе принятых данных и сравнивает ее с принятой (которую рассчитывал отправитель). Несовпадение рассчитанного и принятого значений CRC - явный сигнал к тому, что данные повреждены и некорректны.

При этом контрольная сумма в данном случае никоим образом не может помочь в устранении ошибки, она только сигнализирует о ее наличии. В результате принятый кадр целиком считается некорректным. Это, в свою очередь, приводит к необходимости передать ошибочный кадр еще раз.

Кроме этого, возможна еще одна неприятная ситуация, так называемая коллизия - когда несколько узлов начинают передавать данные одновременно. Для предотвращения этого в Ethernet используется технология CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий. Эта тема тоже довольно-таки интересная, в связи с чем, принято волевое решение посвятить ей отдельную статью ) Поэтому здесь и сейчас на этом не останавливаемся.

В первых по очередности двух полях кадра Ethernet содержатся MAC-адреса узлов сети - передатчика и приемника. Изначально при разработке первых версий технологии было предусмотрено, что любая сетевая карта должна иметь свой уникальный идентификатор. Роль этого идентификатора и играет MAC-адрес, состоящий из 6 байт.

При работе он позволяет идентифицировать все устройства в сети и определить, какому именно из них предназначен тот или иной кадр данных. Распределением MAC-адресов занимается регулирующий комитет IEEE Registration Authority, именно сюда производитель сетевого устройства должен обращаться для выделения ему некоего диапазона адресов, которые он сможет использовать для своей продукции.

И на этой ноте заканчиваем вводную теоретическую часть по Ethernet, в дальнейшем приступим к практическому использованию в своих устройствах. До скорого 🤝

Читайте также: