Ethernet

Petr Odvárka Tutoriály 19. září 2000

V současné době je nejpoužívanější síťovou technologií Ethernet. Tato technologie je, nezávisle na tom zda jde klasický 10 Megabitový Ethernet nebo jeho rychlejší mutace (Fast a Gigabit Ethernet), založena na velice jednoduchém principu, nazývaném CSMA/CD.

Na strukturovaném kabelovém systému lze používat rozličné síťové technologie založené na rozdílných přenosových metodách - např. Ethernet, Token Ring, CDDI, ATM, ...

V současné době je nejpoužívanější síťovou technologií Ethernet. Tato technologie je, nezávisle na tom zda jde klasický 10 Megabitový Ethernet nebo jeho rychlejší mutace (Fast a Gigabit Ethernet), založena na velice jednoduchém principu, nazývaném CSMA/CD.

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) - stanice připravená vysílat data si "poslechne" zda přenosové médium (kabel) nepoužívá jiná stanice. V případě, že ano, stanice zkouší přístup později až do té doby dokud není médium volné. V okamžiku kdy se médium uvolní začne stanice vysílat svá data. 

CD (Collision Detection) - stanice během vysílání sleduje zda je na médiu signál odpovídající vysílaným úrovním (tedy aby se např. v okamžiku kdy vysílá signál 0 nevyskytl signál 1). Případ kdy dojde k interakci signálů více stanic se nazývá kolize. V případě detekce  kolize stanice generuje signál JAM a obě (všechny) stanice které v daném okamžiku vysílaly generují náhodnou hodnotu času po níž se pokusí vysílání zopakovat.

            K obrázku:

fáze 1 - stanice vlevo si poslechla na drátu zda někdo vysílá, zjistila, že ne a začala sama posílat data; v okamžiku kdy ještě signál nedorazil ke stanici vpravo si tato stanice ověřila stav média, zjistila, že je možnost zahájit vysílání

fáze 2 – obě stanice posílají data

fáze 3 – stanice vpravo zjistila kolizi a generuje signál JAM, všechny vysílající stanice zastavují vysílání a generují náhodné číslo

Díky této jednoduchosti bylo dosaženo nízké ceny síťových adaptérů a aktivních prvků a tím i značného rozšíření Ethernetu. Jednoduchost řešení ovšem přináší i jednu významnou nevýhodu – s narůstajícím počtem uzlů narůstá počet kolizí a tím klesá teoretická propustnost sítě. Soubor uzlů jejichž vzájemná činnost může vygenerovat kolizi se nazývá kolizní doména. Logicky lze odvodit, že kolizní doména by měla být co nejmenší. Používané aktivní prvky mají ke kolizní doméně rozdílný vztah. Některé kolizní doménu rozšiřují, některé kolizní domény oddělují. Jejich volbou lze proto propustnost sítě ovlivnit.

Vedle pojmu kolizní doména existuje pojem broadcastová doména. Na počítačové síti se vyskytují principielně dva typy paketů – tzv. unicasty a nonunicasty. Unicasty jsou pakety které mají konkrétního adresáta vyjádřeného regulérní síťovou adresou. Nonunicasty používají skupinovou adresu a jsou určené buď všem uživatelům sítě (broadcasty) nebo vybrané skupině uživatelů (multicasty). Problém je v tom, že nonunicastu se musí počítač věnovat i když není určen pro něj. S nárůstem počtu uzlů v broadcastové doméně narůstá i množství nonunicastů. Z tohoto důvodu je nutné udržet velikost broadcastové domény v rozumné velikosti. Používané aktivní prvky mají k broadcastové doméně rozdílný vztah a proto lze jejich volbou propustnost sítě ovlivnit.

Formát paketu

Již bylo řečeno, že všechny rychlostní modifikace Ethernetu používají stejnou komunikační metodu CSMA/CD. Používají však i stejný formát a velikost paketu. Ethernetový paket je definován na 1. a 2. vrstvě OSI.

Základní částí paketu je hlavička linkové vrstvy, která je následována daty (včetně hlaviček vyšších vrstev). Hlavičky jsou principielně 4 typů a jsou vzájemně nekompatibilní. Tyto typy jsou :

  • Ethernet_II
  • Ethernet_802.3
  • Ethernet_802.2
  • Ethernet_SNAP

Podrobnosti ponecháme na odbornou literaturu. Zde si představíme ten nejjednodušší formát – Ethernet_II.

Preamble

adresa určení (DA)

zdrojová adresa (SA)

typ paketu

data

CRC

8 byte

6 byte

6 byte

2 byte

46 až 1500 byte

4 byte

Každý paket je uvozen preambulí, která slouží k synchronizaci vysílající stanice a přijímajících stanic. Následuje adresa určení (MAC) a zdrojová adresa (MAC), číslo označující typ paketu, datová část a kontrolní součet.

Typ paketu obsahuje číslo větší než 0x05DC. Jako příklad může být použit např. číslo 0800 označují IP paket nebo 8137 označují Novell IPX paket. Ostatní čísla lze najít např. v RFC např. 1700.

Používaná média

Ethernet je dnes standardizován v těchto verzích:

1. "Klasický" Ethernet s přenosovou kapacitou 10 Mbit/s:

10Base-2

– používá jako přenosové médium dvakrát stíněný koaxiální kabel označovaný jako Thin Ethernet (v jednodušší verzi Cheapernet) s impedancí 50 ohm
- délka segmentu kabelu může být maximálně 185 m (i když existují i varianty karet umožňující délku až 300 m)
- na jednom segmentu může být maximálně 25 stanic
- segment musí být na obou koncích ukončen pomocí tzv. terminátorů

10Base-5

– používá jako přenosové médium pětkrát stíněný koaxiální kabel ozn. jako Thick Ethernet neboli Yellow Cable s impedancí 50 ohm
- délka segmentu může být maximálně 500 m; na kabel jsou připevňovány transceivery, stanice může být max. 50 m od transceiveru
- transceivery musí být připevňovány ve vzdálenostech násobku 2,5 m (na kabelech bývá označení)
- segment musí být na obou koncích ukončen pomocí tzv. terminátorů

10Base-T

– používá jako přenosové médium kroucený dvoudrát (stíněný nebo nestíněný) s impedancí 100 ohm (min. Cat 3)
- délka kabelu mezi uzlem a aktivním prvkem může být max. 100 m

10Base-FL - používá jako přenosové médium multimodový optický kabel

- délka kabelu mezi uzly může být max. 2 km
- existuje i modifikace používající singlemodový optický kabel

2. Fast Ethernet s přenosovou kapacitou 100 Mbit/s:

100Base-TX

– používá jako přenosové médium kroucený dvoudrát (stíněný nebo nestíněný) s impedancí 100 ohm (min. Cat 5)
- délka kabelu mezi uzlem a aktivním prvkem může být max. 100 m

100Base-T4

– používá jako přenosové médium kroucený dvoudrát (stíněný nebo nestíněný) s impedancí 100 ohm (min. Cat 3)
- délka kabelu mezi uzlem a aktivním prvkem může být max. 100 m
- používá všechny 4 páry kabelu
- technologie není příliš rozšířena

100Base-FX

- používá jako přenosové médium multimodový optický kabel
- délka kabelu mezi uzly může být v případě plně duplexního provozu max. 2 km; v příp. polovičního duplexu je vzdálenost ovlivněna zapojením sítě
- existuje i modifikace používající singlemodový optický kabel

3. Gigabit Ethernet s přenosovou kapacitou 1000 Mbit/s:

1000Base-SX

– používá jako přenosové médium multimodový optický kabel
- délka kabelu mezi uzlem aaktivním prvkem je ovlivněna parametry kabelu

1000Base-LX

– používá jako přenosové médium ultimodový nebo singlemodový optický kabel
- délka kabelu mezi uzlem a aktivním prvkem je ovlivněna typem a parametry kabelu

Standard, typ vlákna průměr
[mikrometr]
modální šířka vlákna
[MHz*km]
min. rozsah délek
[m]
1000BASE-SX MM 62,5 160 2 až 220*
1000BASE-SX MM 62,5 200 2 až 275**
1000BASE-SX MM 50 400 2 až 500
1000BASE-SX MM 50 500 2 až 550***
1000BASE-LX MM 62,5 500 2 až 550
1000BASE-LX MM 50 400 2 až 550
1000BASE-LX MM 50 500 2 až 550
1000BASE-LX SM 9 N/A 2 až 5000

Pozn:

*     Standard TIA 568 pro kabeláže budov specifikuje mnohavidové vlákno 160/500 MHz*km
**   Standard ISO/IEC 11801 pro kabeláže budov specifikuje mnohavidové vlákno 200/500 MHz*km
*** ANSI standard Fibre Channel specifikuje mnohavidové vlákno 500/500 MHz*km o průměru 50 mikronů a bylo navrženo jako doplněk ISO/IEC 11801.

MHz*km ... jednotka pro měření přenosové kapacity vlákna. Hodnota ukazuje omezení kapacity vlákna, čímž je určena max. vzdálenost v závislosti na přenosové rychlosti.


Vytisknout


    Komentáře k článku

    ...k článku nejsou žádné komentáře

Vložte Váš komentář k tomuto článku

Máte dotaz? Neváhejte nám napsat.

Pole označená hvězdičkou (*) jsou povinná


Reklama v příspěvcích není dovolena, dodržujte etiketu. Redakce Světa sítí si vyhrazuje právo smazat příspěvěk, který v diskuzi použije vulgární slova a společensky neúnosné výrazy. Délka příspěvku je limitována 1500 znaky.