Основные характеристики стандартов Ethernet 10Base5 10Base2 10Base-T

Основные характеристики стандартов Ethernet
10Base5
10Base2
10Base-T
10Base-FL
Среда
передачи
Коаксиальный
кабель
Коаксиальный
кабель
UTP 3-й кат.
Пара
многомодовых
опт. волокон
Код
Манчестерский Манчестерский Манчестерский Манчестерский
код
код
код
код
Шина
Шина
Звезда
Звезда
Макс.
размер
сегмента
500
185
100
2000
Кол-во
узлов на
сегмент
100
30
Топология
Стандарт 10Base-5
повторитель
≤ 500 м.
Расстояние меду точками подключения трансиверов не менее 2,5
метров.
Правило 5-4-3: в сети допускается не более 4 повторителей (только 3
сегмента могут быть нагружены). Максимальный диаметр сети
5*500=2500 м
Достоинства:
• защищенность кабеля;
• легкая процедура перемещения рабочей станции вдоль кабеля.
Недостатки:
• высокая стоимость кабеля;
• сложность прокладки;
• остановка работы всей сети при повреждении кабеля.
Стандарт 10Base-2
≤ 185 м.
Должно выполняться правило 5-4-3. Из правила следует, что
максимальный диаметр сети 5*185= 925 м.
Достоинства:
• низкая стоимость;
• более легкая, по сравнению с толстым коаксиальным кабелем,
прокладка кабельной системы.
Недостатки:
• подверженность кабеля авариям;
• кабель более восприимчив к помехам;
• остановка работы всей сети при повреждении кабеля.
Стандарт 10BaseT
Узлы подсоединяются концентратору с помощью двух витых пар по
топологии звезда. Концентратор повторяет (регенерирует) принятый
сигнал на всех своих портах и, таким образом, реализует единую
среду передачи сигнала.
В больших сетях концентраторы соединяют друг с другом по
иерархической схеме.
• Максимальное число станций 1024.
• Между любыми двумя станциями не должно быть более
4-х
повторителей (правило 4-х повторителей), и, следовательно,
максимальная длина сети равна 5*100= 500 м.
• При соединении повторителей можно использовать обычные порты
повторителей, но соединять их кабелем с перекрестной разводкой.
коллизия
При одновременном приеме сигнала на нескольких портах,
концентратор фиксирует коллизию и посылает на все свои порты JAM
последовательность.
Достоинства
• Защищенная к повреждениям структура сети. Некоторые типы
концентраторов автоматически определяют неисправность адаптера
узла или обрыв кабеля и отключают порт, к которому подключен
неисправный узел;
• невысокая стоимость реализации сетей.
Недостатки
• кабель восприимчив к помехам;
• выход из строя сети при выходе из строя концентратора.
Стандарт 10 BaseFL
Достоинства
• более легкая, по сравнению с толстым коаксиальным кабелем,
прокладка кабельной системы;
• высокая степень защищенности кабеля к внешним
электромагнитным помехам;
• низкий уровень электромагнитных излучений кабеля.
Недостатки
• сложность соединения кабелей с разъемами и между собой;
• высокая стоимость кабеля (по сравнению со стоимостью витой
пары и коаксиального кабеля).
Стандарт IEEE 802.3u
В 1992 г. группа производителей сетевого оборудования создала
объединение Fast Ethernet Alliance с целью разработки технологии
обеспечивающей скорость передачи данных до 100 Мбит/сек.
Перед разработчиками стандарта была поставлена задача
значительного повышения скорости при сохранении совместимости
с технологией Ethernet.
В 1995 г. в IEEE был принят стандарт 802.3u технологии
Ethernet, поддерживающей скорость передачи до 100 Мбит./c.
Fast
Fast Ethernet является дополнением стандарта Ethernet –
формат кадра и метод доступа не изменился, имеются отличия
только на физическом уровне (величина битового интервала
уменьшена в 10 раз до 10 нс).
Основные характеристики Fast Ethernet:
• Среда передачи данных: волоконно-оптический многомодовый
кабель, UTP 5 кат., UTP 3 кат., STP Type 1.
• Межкадровый интервал 0,96 сек.
• Битовый интервал 10 нсек.
• Дина сегмента кабеля 100 м – для витой пары и 2000 м для
оптоволокна.
• Признаком свободного состояния среды является передача по ней
специального символа Idle.
• Методы физического кодирования NRZI и MLT3.
• Методы логического кодирования: 4B/5B или 8B/6T.
В зависимости от используемого кабеля, в стандарте имеются
следующие спецификации для физического уровня:
• 100Base-TX - неэкранированный кабель 5 категории
(используются 2 пары);
• 100Base-FX – многомодовое оптическое волокно (используются
два волокна). В стандартах 100Base-TX/FX применяется логическое
кодирование 4B/5B каждые четыре бита данных подуровня MAC
представляются 5 битами.
• 100Base-T4 - неэкранированный кабель 3-ей категории
(используются 4 пары) Применяется кодирование 8B/6T – каждые
восемь бит кодируются 6-ю троичными символами, которые
передаются последовательно на одну из трех витых пар (скорость
передачи по каждой паре равна 33,3 Мбит./сек.).
В
стандартe
802.3u
предусмотрена
реализация
функции
автопереговоров
(auto-negotiation),
позволяющая
узлам
и
концентратору, поддерживающим несколько скоростей передачи
данных, выбрать наиболее оптимальный режим работы.
Gigabit Ethernet
В 1996 г. начата разработка и в 1998 г. принят стандарт 802.3z сетей
на основе оптического волокна (многомодовый и одномодовый
кабели - 1000Base-FX, 1000Base-LX) и двойного коаксиального
кабеля.
В 1999 г. принят стандарт 802.3ab для сетей на основе витой пары 5ой кат. (1000Base-T).
Особенности стандарта:
• Метод доступа – CSMA/CD
• Диаметр сети – 200 м.
• Минимальный размер кадра увеличен с 64 байт до 512 байт (4095
бит).
• Станциям разрешается передавать несколько кадров подряд
(Burst Mode) общей длинной не > 8192 байт.
• Для обеспечения синхронизации приемника и передатчика
используется кодирование 8B/10B
Средства достижения диаметра сети 200 м.
Для выполнения условия Tmin ≥ PDV увеличен размер минимального
кадра до 512 байт, т.е. Tmin = 4096 битовых интервалов. Формально
размер кадра не увеличен, кадр дополняется полем расширения
(расположено за полем FCS и в контрольной сумме не учитывается).
Особенности стандарта 1000Base-T
В стандарте 1000Base-T предусмотрена передача сигнала
одновременно по 4-м витым парам проводников кабеля.
Для кодирования применяется код PAM5 использующий пять уровней
потенциала – всего 54 комбинаций при передаче по 4-м парам. В
каждом такте передается 8 бит, из 54 = 625 комбинаций
используется 256 .
В дуплексном режиме передача ведется одновременно по всем парам
в обоих направлениях в одном диапазоне частот (гибридная развязка
на основе специализированных микросхем DSP – Digital Signal
Processor).
Достоинство сетей используемых разделяемые среды
• Простота протоколов и сетевого оборудования (следовательно
низкая стоимость оборудования)
• Простота процедуры подключения узлов сети
• Отсутствие потери кадров из-за перегрузки коммуникационного
оборудования .
Недостатки сетей, на разделяемой среде
• Сети на основе разделяемой среды удовлетворительно работают
только при небольшом кол-ве узлов и небольшом трафике. При
превышении загрузки сети более чем на 30-50%, работа сети
становится неэффективной из-за большого числа коллизий..
• Ограничение на кол-во узлов – 1024 узла в технологии Ethernet.
• Ограничение на максимальный диаметр сети – не более 2500 м.
Принцип работы мостов и коммутаторов
Логическая структуризация сети – разделение среды передачи
данных на логические сегменты, которые объединяются с помощью
мостов или коммутаторов.
коммутатор
хаб
хаб
хаб
хаб
хаб
Разделяемая среда 3
Разделяемая среда 1
Разделяемая среда 2
Мост
–
устройство,
предназначенное
для
обеспечения
взаимодействия локальных сетей посредством продвижения кадров
между сетями. Мост передает кадр на некоторый порт только, если
через этот порт доступен узел, которому этот кадр адресован.
мост
1
1
2
3
4
2
5
6
7
8
Коммутатор – устройство, логика работы которого аналогична логике
работы моста,
но реализуемое на многопроцессорной базе и
выполняющее
многопотоковую
передачу
кадров
между
коммуникационными портами.
коммутатор
хаб
хаб
хаб
Многопотоковая передача кадров между портами коммутатора
Виды алгоритмов работы мостов и коммутаторов:
• Алгоритм с маршрутизацией от источника
• Алгоритм прозрачного моста
Принципы работы прозрачного моста
IEEE 802.1D
•
Каждый из портов моста получает доступ к сегменту, к которому он
подключен в соответствии с алгоритмом CSMA/CD.
•
Мосты и коммутаторы передают кадры с одного порта на другой,
предварительно буферизируя их (возможно частично).
•
В результате буферизации кадра эффект разделяемой среды
нарушается, и сеть разделяется на независимые сегменты в
соответствии с алгоритмом CSMA/CD.
•
Решение о продвижении кадра на некоторый порт принимается на
основе анализа адресной таблицы и адреса узла получателя
(содержащегося в заголовках кадров)
•
Кадры с широковещательным адресом в поле Адрес назначения
передаются на все порты моста. Такой режим передачи кадров
называется “затоплением сети”.
Определение маршрута продвижения кадра прозрачным
мостом
Для получения информации о МАС-адресах узлов, подключенных к
каждому порту, мост записывает все кадры, поступающие на его
порты в буферную память, выделяет адреса источников из заголовков
кадров и записывает пары номер порта - адрес источника в адресную
таблицу.
Записи таблицы состоят из двух полей:
Номер порта - идентификатор порта коммутатора
MAC-адрес – адрес узла доступного через указанный порт
коммутатор
1
2
3
Адресная таблица
4
Номер порта
E3
E1
1
E2
E2
2
E3
3
2
4
MAC-адрес
E2
E3
Процесс построения адресной таблицы называют самообучением
моста. Самообучение не прекращается в течение всего времени
работы моста.
Виды записей в адресной таблице
Динамические
–
автоматически
создаются
в
процессе
самообучения моста. С каждой записью сопоставляется отметка
времени, и если в течение некоторого периода времени (таймаута)
мост не принял ни одного пакета с данным адресом в поле “адрес
источника”, эта запись помечается как устаревшая.
Статические – создаются вручную администратором сети и не
имеют срока жизни.
Замечания
• При прохождении через коммутатор заголовок и тело кадра не
изменяется;
• Коммутаторы (мосты) разделяют сеть на различные домены
коллизий но образуют единый широковещательный домен;
• Логика работы узлов сети не меняется в зависимости от того
подключены ли узлы непосредственно друг к другу или между ними
есть один или несколько коммутаторов (коммутаторы прозрачны
для узлов).
Реализация полнодуплексной передачи данных с
помощью коммутаторов
При подключении к коммутатору одного узла (компьютера или другого
коммутатора), в случае использования отличной от коаксиального
кабеля среды передачи, возможна работа порта коммутатора в
полнодуплексном режиме.
Коммутатор 1
TX
1 2 3 4
RX
Коммутатор 2
1 2 3 4 5
RX
хаб
TX
Для реализации полнодуплексного режима достаточно отменить
обработку коллизий (отменить метод доступа CSMA/CD).
При использовании полнодуплексного режима, производительность
порта коммутатора увеличивается в два раза.