Основные принципы работы Ethernet
Понятие Ethernet как сетевого стандарта передачи данных. Особенности и преимущества семейства технологий Ethernet. Управление доступом к среде передачи данных в сетях Ethernet. Понятие MAC-адреса как идентификатора, базовая структура кадра Ethernet.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.05.2016 |
| Размер файла | 450,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГАОУ ВПО «Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Радиотехнический институт - РТФ
Кафедра информационных технологий
Реферат
Основные принципы работы Ethernet
Преподаватель
Селиванова Ирина Анатольевна
Студент
Яхин Вадим Ильфатович
Группа Р-150002
2015
ВВЕДЕНИЕ
Ethernet - это самый распространенный сегодня стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в несколько миллионов.
Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии, в которую входят сегодня также FastEthernet, GigabitEthernet и 10GEthernet.
В более узком смысле Ethernet- это сетевой стандарт передачи данных со скоростью 10 Мбит/с, который появился в конце 70-х годов как стандарт трех компаний - Digital, Intel и Xerox. В начале 80-х Ethernet был стандартизован рабочей группой IEEE802.3, и с тех пор он является международным стандартом. Технология Ethernet была первой технологией, которая предложила использовать разделяемую среду для доступа к сети.
Локальные сети, являясь пакетными сетями, используют принцип временного мультиплексирования, то есть разделяют передающую среду во времени. Алгоритм управления доступом к среде является одной из важнейших характеристик любой технологии LAN, в значительно большей степени определяющей ее облик, чем метод кодирования сигналов или формат кадра. В технологии Ethernet в качестве алгоритма разделения среды применяется метод случайного доступа. И хотя его трудно назвать совершенным - при росте нагрузки полезная пропускная способность сети резко падает, - он благодаря своей простоте послужил основной причиной успеха технологии Ethernet. ethernet технология сеть идентификатор
1. СЕМЕЙСТВО ТЕХНОЛОГИЙ ETHERNET
Ethernet -- семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей. Стандарты Ethernet определяют как физический уровень (проводные соединения и электрические сигналы), так и канальный уровень (формат кадров и протоколы управления доступом к среде) взаимодействия в вычислительной сети в соответствии с эталонной моделью OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3.
В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Рассмотрим наиболее известные из них:
· 10BASE2 (Рисунок 1), называемый также «тонкий Ethernet», описан стандартом IEEE 802.3a. Обеспечивает скорость передачи данных до 10 Мбит/с. В качестве среды передачи данных используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 185 метров. Для подключения одного устройства в кабель врезается T-коннектор, к которому подсоединятся сетевой адаптер. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.
10BASE-T (Рисунок 2), описан стандартом IEEE 802.3i. Обеспечивает скорость передачи данных до 10 Мбит/с. Для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары категории 3 или категории 5. Максимальная длина сегмента 100 метров. Для подключения устройств используется коннектор 8P8C. Объединение нескольких устройств в один сегмент осуществляется с помощью концентратора или коммутатора.
· 100BASE-TX (Рисунок 3), называемый также «быстрый Ethernet», описан стандартом IEEE 802.3u. Обеспечивает скорость передачи данных до 100 Мбит/с. В качестве среды передачи данных используется витая пара категории 5, фактически используются только две неэкранированные пары проводников, поддерживается полнодуплексная передача данных, расстояние -- до 100 м. Объединение нескольких устройств в один сегмент осуществляется с помощью концентратора или коммутатора.
· 1000BASE-T, называемый также «гигабитный Ethernet», описан стандартом IEEE 802.3ab. Обеспечивает скорость передачи данных до 1 Гбит/с. Используется витая пара категории 5e. В передаче данных участвуют 4 пары, каждая пара используется одновременно для передачи по обоим направлениям со скоростью -- 250 Мбит/с. Объединение нескольких устройств в один сегмент осуществляется с помощью коммутатора.
2. УПРАВЛЕНИЕ ДОСТУПОМ К СРЕДЕ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD) (Рисунок 4).
Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Простота схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiply-access,MA).
Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом 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. Адрес станции-источника также включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.
При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю. 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 уже по кабелю кадр данных от другой станции. Если опознается несущая (carrier-sense, CS), 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. Говорят, что при этом происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле, что приводит к искажению информации.
Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collision detection, CD). Для увеличения вероятности немедленного обнаружения коллизии всеми станциями сети, ситуация коллизии усиливается посылкой в сеть станциями, начавшими передачу своих кадров, специальной последовательности битов, называемой «jam-последовательностью».
После обнаружения коллизии передающая станция обязана прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра.
Из описания метода доступа видно, что он носит вероятностный характер, и вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения в станциях потребности передачи кадров.
Метод CSMA/CD определяет основные временные и логические соотношения, гарантирующие корректную работу всех станций в сети:
· Между двумя последовательно передаваемыми по общей шине кадрами информации должна выдерживаться пауза в 9.6 мкс; эта пауза нужна для приведения в исходное состояние сетевых адаптеров узлов, а также для предотвращения монопольного захвата среды передачи данных одной станцией.
· При обнаружении коллизии (условия ее обнаружения зависят от применяемой физической среды) станция выдает в среду специальную 32-х битную последовательность (jam-последовательность), усиливающую явление коллизии для более надежного распознавания ее всеми узлами сети.
· После обнаружения коллизии каждый узел, который передавал кадр и столкнулся с коллизией, после некоторой задержки пытается повторно передать свой кадр. Узел делает максимально 16 попыток передачи этого кадра информации, после чего отказывается от его передачи. Величина задержки выбирается как равномерно распределенное случайное число из интервала, длина которого экспоненциально увеличивается с каждой попыткой. Такой алгоритм выбора величины задержки снижает вероятность коллизий и уменьшает интенсивность выдачи кадров в сеть при ее высокой загрузке.
3. MAC-АДРЕС: ИДЕНТИФИКАЦИЯ ETHERNET
MAC-адрес - это уникальный серийный номер, назначаемый каждому сетевому устройству Ethernet для идентификации его в сети. Этот адрес является уникальным для каждого устройства и устанавливается при его производстве.
Для описания всего процесса передачи данных существует так называемая Модель OSI которая описывает как передаются данные, всего в этой модели 7 уровней, но мы будем рассматривать только 3 первых.
· На первом, физическом уровне, данные передаются в виде электрических сигналов. т.е. с помощью изменения уровня электрического тока, бегущего по проводнику, кодируется информация.
· На втором, канальном уровне, микросхемы сетевой карты преобразуют эти данные в цифровой поток, который уже можно анализировать. Тут и появляется MAC адрес. Представьте себе сеть из 100 устройств, они подключены проводом к одному большому устройству которое шлет пакет данных устройству, к примеру, 007. В нашем случае 007 это некий адрес - идентификатор. Отправитель помечает что этот пакет предназначен для 007, а устройство 007 получив такой пакет начнет его обрабатывать. При этом пакеты данных для других устройств будут игнорироваться. Так обеспечивает адресная доставка пакета. А MAC-адрес в данном случае нужен чтобы из кучи электрических сигналов выделать тот кусок данных, что адресован устройству.
· На третьем уровне, сетевом, MAC адрес, уже необходим для адресации пакета данных в большой сети. Появляется IP-адрес, который указывает куда доставлять пакет данных, для второго уровня. т.е. появляется связка MAC-адрес -- IP-адрес. К примеру, за одним IP-адресом маршрутизатора может быть несколько устройств и маршрутизатор, при обработке данных на третьем уровне, будет анализировать пакеты и отправлять их нужному адресату по MAC-адресу.
· Каждая сетевая карта или сетевой интерфейс имеет уникальный MAC-адрес. Если MAC адрес не является единственным, то не существует способа провести различие между двумя устройствами и это вызовет неработоспособность сегмента сети.
Для обеспечения такой уникальности, MAC-адреса имеют длину 6 байт и обычно записываются шестнадцатиричным числом в виде 12:34:56:78:90:AB (Рисунок 5).
Рисунок 5
Каждый производитель Ethernet устройств использует определенный диапазон MAC адресов, который был отведен только ему контроллером стандарта IEEE. Первые три байта адреса определяют производителя и по ним можно узнать кто изготовил данное устройство.
4. БАЗОВАЯ СТРУКТУРА КАДРА ETHERNET
Кадр, передаваемый каждым узлом, содержит данные маршрутизации, управления и коррекции ошибок.
Базовая длина кадра может изменяться от 72 до 1526 байтов при типовой структуре, показанной на Рисунке 6.
Рисунок 6. Базовая структура кадра Ethernet
Преамбула - каждый кадр начинается с преамбулы длиной семь байтов. Преамбула используется в качестве синхронизирующей последовательности для интерфейсных цепей и способствует декодированию битов.
SFD (Start-Frame Delimiter) - разделитель начала кадра, состоящий из одного байта. Поле SFD указывает на начало полезной информации.
Конечный МАС-адрес - поле из шести байтов, содержащее адрес конечного узла.
Исходный МАС-адрес - поле из шести байтов, содержащее адрес исходного узла.
Длина/Тип - поле из двух байтов, указывающее на число байтов, содержащихся в поле данных управления логическими связями (LLC - Logical Link Control). В большинстве Ethernet-протоколах это поле содержит постоянную величину, указывающую на тип протокола (в данном случае это поле имеет обозначение EtherType).
Данные МАС-клиента - это поле может содержать от 0 до 1500 байтов данных, предоставленных пользователем.
Заполняющие байты - необязательное поле для заполнения фиктивными данными, используемое для увеличения длины коротких кадров по меньшей мере до 64 байтов.
Контрольная последовательность кадра (FCS) - поле, содержащее четыре контрольных байта, сгенерированных кодом циклического контроля избыточности (CRC). Поле FCS используется для обнаружения ошибок в данных, содержащихся в кадре.
5. ПОСТРОЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТАБЛИЦЫ MAC-АДРЕСОВ
В каждом коммутаторе есть таблица, в которой прописано соответствие между MAC-адресом сетевого устройства и номером порта, по которому можно обратиться к этому устройству. Обычно эта таблица заполняется автоматически при работе коммутатора либо ее заполняет администратор сети.
Таблица заполняется в процессе анализа коммутатором адресов станций-отправителей в передаваемых ими кадрах. Кадр передается через коммутатор локально в соответственный порт только тогда, когда адрес станции предназначения, обозначенный в поле кадра, уже содержится в адресной таблице этого порта. В случае отсутствия адреса станции предназначения в таблице, кадр рассылается во все другие сегменты. Если коммутатор обнаруживает, что МАС-адрес станции предназначения у приходящего кадра находится в таблице МАС-адресов, приписанной за портом, по которому пришел данный кадр, то этот кадр сбрасывается -- его конкретно получит станция предназначения, находящаяся в том же секторе.
И в конце концов, если приходящий кадр является широковещательным (broadcast), т.е. если все биты поля МАС-адреса получателя в кадре задаются равными 1, то такой кадр будет направляться во все другие порты.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разделяемые локальные сети представляют собой наиболее простой и дешевый в реализации тип локальных сетей. Основной недостаток разделяемых локальных сетей состоит в плохой масштабируемости, так как при увеличении узлов сети уменьшается доля пропускной способности, приходящаяся на каждый узел.
Специфика локальных сетей нашла свое отражение в разделении канального уровня на два подуровня - LLC и MAC.
Уровень MAC отвечает за доступ к разделяемой среде и отправку через нее кадров. В стандарты 802 определяют различные методы доступа, которые делятся на две категории: случайные и детерминированные. Случайные методы доступа обеспечивают минимальную задержку доступа к среде при низкой загрузке среды. Детерминированные методы доступа могут работать при большей загруженности сетей.
Протокол LLC обеспечивает для протоколов верхних уровней нужное качество транспортных услуг, передавая кадры либо дейтаграммным способом, либо с помощью процедур с установлением соединения и восстановлением кадров.
Ethernet- самая распространенная на сегодняшний день технология локальных сетей. В широком смысле Ethernet- это семейство технологий, в которое входит фирменный стандарт Ethernet DIX, а также стандарты IEEE802.3 Ethernet10 Мбит/с, FastEthernet, GigabitEthernet и 10GEthernet. Все виды технологий Ethernet, кроме 10GEthernet, используют один и тот же метод доступа CSMA/CD.
Наличие коллизий - это неотъемлемое свойство сетей Ethernet, являющееся следствием принятого случайного метода доступа. Возможность четкого распознавания коллизий обусловлена соблюдением соотношения между минимальной длиной кадра и максимально возможным диаметром сети
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е изд. - СПб.: Питер, 2008. - 958 с.: ил.
2. Основы сетей передачи данных. Курс лекций. Учебное пособие / Издание второе, исправленное - В.Г. Олифер, Н.А. Олифер / М.: ИНТУИТ.РУ «Интернет - университет Информационных Технологий», 2005. - 176 с. - 5-9556-0035-3
3. http://cs.petrsu.ru/~akolosov/net_mgmt/ethernet_essentials.html
4. http://citforum.ru/nets/protocols2/2_04_01.shtml
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие и функциональные особенности Ethernet как пакетной технологии передачи данных преимущественно локальных компьютерных систем. Стандарты данной системы и основные требования, предъявляемые к ней. Структура и взаимосвязь элементов, принцип работы.
лекция [166,9 K], добавлен 15.04.2014Структура современных корпоративных сетей. Применение технологии Intranet в корпоративных сетях передачи данных. Принципы их построения и главные тенденции развития. Особенности стандартов Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Технология 100VG-AnyLAN.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 02.07.2011Описание стандарта 10-Gigabit Ethernet, принципы его организации и структура, типы спецификации. Отличительные особенности и характеристики от динамики глобальных и локальных сетей. Тенденции и перспективы развития технологии 10-Gigabit Ethernet.
реферат [27,2 K], добавлен 11.05.2015Распределенное управление доступом в технологии Ethernet. Сравнительная характеристика волоконно-оптических и коаксиальных кабелей. Виды Ethernet. Режимы передачи данных: симплекс, полу-дуплекс, полный дуплекс. Топология локальной вычислительной сети.
курсовая работа [186,4 K], добавлен 16.01.2013Обзор и анализ возможных технологий построения сети: Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet. Основные виды кабелей и разъемов. Выбор архитектуры, топологии ЛВС; среды передачи данных; сетевого оборудования. Расчет пропускной способности локальной сети.
дипломная работа [476,4 K], добавлен 15.06.2015Концепция построения, назначение и типы компьютерных сетей. Архитектура локальной сети Ethernet. Обзор и анализ сетевого оборудования и операционных систем. Обоснование выбора аппаратно-программной платформы. Принципы и методы проектирования ЛВС Ethernet.
дипломная работа [162,5 K], добавлен 24.06.2010Понятие и особенности технологии Ethernet, алгоритм работы сети. Построение схемы сети Ethernet по принципу топологии шины. Аналитическое и имитационное моделирование базовой 10-мегабитной сети Ethernet с помощью специализированной системы GPSS Worl.
курсовая работа [268,1 K], добавлен 16.05.2013Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети как необходимое условие корректной работы сети Ethernet. Программы, имитирующие работу станции в компьютерной сети стандарта Ethernet и Token Ring. Имитация работы сетей, из пропускной способности.
курсовая работа [36,6 K], добавлен 24.06.2013Технология построения сетей передачи данных. Правила алгоритма CSMA/CD для передающей станции. Анализ существующей сети передачи данных предприятия "Минские тепловые сети". Построение сети на основе технологии Fast Ethernet для административного здания.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 15.02.2013Преимущества и недостатки сетевого соединения компьютеров. Компоненты компьютерной сети. Оборудование Ethernet, характеристика классов коммутаторов Ethernet, кабельных систем. Монтаж и настройка сети, решение проблем, связанных с сетевым оборудованием.
курсовая работа [482,5 K], добавлен 29.06.2010Присвоение сетевому интерфейсу МАС-адреса во время изготовления устройства. Формирование передаваемого кадра на уровне МАС, расчет избыточного циклического кода для вычисления 32-разрядного значения. Уровни физического интерфейса PHY. Управление сетью.
лекция [110,0 K], добавлен 15.04.2014Стандарты технологии Ethernet. Поддержка в коммерческих продуктах. Оптический транспорт с поддержкой 100-гигабит. Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем. Новый стандарт 10-гигабитного Ethernet, перспективы его развития.
курсовая работа [317,0 K], добавлен 06.04.2014Логическая структуризация и проектирование сети. Основные недостатки сети, построенной на одной разделяемой среде. Преодоление ограничений из-за использования общей разделяемой среды. Структуризация с помощью повторителей и мостов. Размер сети Ethernet.
реферат [24,0 K], добавлен 28.11.2010Состав и назначение рабочей и сетевой станции. Основы организации и хранения данных на HDD накопителях, использование системы RAID в файловом сервере. Типичная конфигурация сети Ethernet топологии "звезда". Использование оптоволокна для передачи данных.
курсовая работа [205,6 K], добавлен 27.12.2014Разработка Ethernet как пакетной технологии передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей. Особенности операционной системы как части системного программного обеспечения. Применение в глобальных технологиях Asynchronous Transfer Mode.
курсовая работа [453,7 K], добавлен 01.02.2015Схемы взаимодействия устройств, методы доступа и технология передачи данных в информационной сети. Ethernet как верхний уровень интегрированной системы автоматизации. Разработка конфигурации сервера, рабочих станций и диспетчерской станции предприятия.
курсовая работа [902,9 K], добавлен 30.04.2012Обчислення максимальної довжини загальної шини в мережах Ethernet. Типи середовищ передачі даних в мережах Ethernet. Підключення до загальної шини в мережах10Base-5. Конструкція tap-адаптера "зуб вампіра". Основні характеристики коаксіальних кабелів.
лекция [2,7 M], добавлен 18.10.2013Современные технологии локальных сетей. Методы доступа в локальную вычислительную сеть (ЛВС). Особенности эталонной модели ЛВС. Расчет сети доступа на базе Fast Ethernet. Расчет максимального времени задержки сигналов в каждой компьютерной группе.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.03.2012Структура ОАО "Ростовского-на-Дону электровозоремонтного завода". Выбор топологии для проектируемой локальной вычислительной сети на основе Fast Ethernet. Рассмотрение базовой модели взаимодействия открытых систем OSI; описание технологий Ethernet и ADSL.
контрольная работа [276,4 K], добавлен 26.01.2013Разработка высокоскоростной корпоративной информационной сети на основе линий Ethernet c сегментом мобильной торговли для предприятия ООО "Монарх". Мероприятия по монтажу и эксплуатации оборудования. Расчет технико-экономических показателей проекта.
курсовая работа [417,5 K], добавлен 11.10.2011
