Технологія Ethernet

Кінцеві вузли з'єднуються по топології "точка-точка" зі спеціальним пристроєм — багато портовим повторювачем за допомогою двох кручених пар. Одна кручена пара потрібна для передачі даних від станції до повторювача , а інша — для передачі даних від повторювача до станції .Повторювач приймає сигнали від одного з кінцевих вузлів і синхронно передає їх на всі свої інші порти, з якого надійшли сигнали.

Багато портові повторювачі в даному випадку звичайно називаються концентраторами (англомовні терміни — hub чи concentrator). Концентратор здійснює функції повторювача сигналів на всіх відрізках кручених пар, підключених до його портів, так що утвориться єдине середовище передачі даних — логічний моноканал (логічна загальна шина). Повторювач, виявляє колізію в сегменті у випадку одночасної передачі сигналів по декількох своїх входах і посилає jam-послідовність на усі свої виходи. Стандарт визначає бітову швидкість передачі даних 10 Мбіт/с і максимальну відстань відрізка кручений пари між двома безпосередньо зв'язаними вузлами (станціями і концентраторами) не більш 100 м при наявності крученої пари якості не нижче категорії 3. Ця відстань визначається смугою пропущення кручений пари — на довжині 100 м вона дозволяє передавати дані зі швидкістю 10 Мбіт/с при використанні манчестерського коду.

Концентратори l0Base-T можна з'єднувати один з одним за допомогою тих же портів, що призначені для підключення кінцевих вузлів. При цьому потрібно подбати про те, щоб передавач і приймач одного порту були з'єднані відповідно з приймачем і передавачем іншого.

Для забезпечення синхронізації станцій при реалізації процедур доступу CSMA/CD і надійного розпізнавання станціями колізій у стандарті визначене максимальне число концентраторів між будь-якими двома станціями мережі в 4. Це правило зветься "правило 4-х хабів" і воно заміняє "правило 5-4-3", яке застосовується до коаксіальних мереж. При створенні мережі l0Base-T з великим числом станцій концентратори можна з'єднувати один з одним ієрархічним способом, утворюючі деревоподібну структуру.

Загальна кількість станцій у мережі l0Base-T не повинна перевищувати 1024, і для даного типу фізичного рівня ця кількість дійсна можна досягти. Для цього досить створити дворівневу ієрархію концентраторів, розташувавши на нижньому рівні достатню кількість концентраторів із загальною кількістю портів 1024 . Кінцеві вузли потрібно підключити до портів концентраторів нижнього рівня. Правило 4-х хабів при цьому виконується - між будь-якими кінцевими вузлами буде дорівнювати 3 концентраторам.

Максимальна довжина мережі в 2500 м тут розуміється, як максимальна відстань між будь-якими двома кінцевими вузлами мережі (часто застосовується також термін "максимальний діаметр мережі"). Очевидно, що якщо між будь-якими двома вузлами мережі не повинно бути більше 4-х повторювачів, то максимальний діаметр мережі l0Base-T складає 5х100= 500 м. Мережі, побудовані на основі стандарту l0Base-T, володіють у порівнянні з коаксіальними варіантами Ethernet багатьма перевагами. Ці переваги зв'язані з поділом загального фізичного кабелю на окремі кабельні відрізки, підключені до центрального комунікаційного пристрою. І хоча логічно ці відрізки як і раніше утворять загальне поділюване середовище, їхній фізичний поділ дозволяє контролювати їх стан і відключати у випадку обриву, короткого замикання чи несправності мережного адаптера на індивідуальній основі. Це обставина істотна полегшує експлуатацію великих мереж Ethernet, тому що концентратор звичайно автоматично виконує такі функції, повідомляючи при цьому адміністратора мережі про виниклу проблему.

У стандарті l0Base-T визначена процедура тестування фізичної працездатності двох відрізків крученої пари, що з'єднують трансівер кінцевого вузла і порт повторювача. Ця процедура називайся тестом зв’язності (link test), і вона заснована на передачі кожні 16 мс спеціальних імпульсів J і К манчестерського коду між передавачем і приймачем кожної крученої пари. Якщо тест не проходить, то порт блокується і відключає проблемний вузол від мережі. Тому що коди і J і К є забороненими при передачі кадрів, то тестові послідовності не впливають на роботу алгоритму доступу до середовища.

Поява між кінцевими вузлами активного пристрою, що може контролювати роботу вузлів і ізолювати від мережі некоректно працюючі, є головною перевагою технології l0Base-T у порівнянні зі складними в експлуатації коаксіальними мережами. Завдяки концентраторам мережа Ethernet придбала деякі риси відмовостійкійкої системи.

Оптоволоконий Ethernet

Як середовище передачі даних 10 мегабітний Ethernet використовує оптичне волокно. Оптоволоконі стандарти як основний тип кабелю рекомендують досить дешеве багатомодове оптичне волокно, що володіє смугою пропущення 500-800 Мгц при довжині кабелю 1 км. Припустимо і більш дороге одномодове оптичне волокно зі смугою пропущення в декілька гігагерц, але при цьому потрібно застосовувати спеціальний тип трансівера.

Функціонально мережа Ethernet на оптичному кабелі складається з тих же елементів, що і мережа стандарту l0Base-T — мережних адаптерів, багато портового повторювача і відрізків кабелю, що з'єднують адаптер з портом повторювача. Як і у випадку крученої пари, для з'єднання адаптера з повторювачем використовуються два оптоволокна — одне з'єднує вихід адаптера з входом  повторювача, а інше — вхід  адаптера з виходом повторювача.

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) являє собою перший стандарт комітету 802.3 для використання оптоволокна в мережах Ethernet. Він гарантує довжину оптоволоконого зв'язку між повторювачами до 1 км при загальній довжині мережі не більш 2500 м. Максимальне число повторювачів між будь-якими вузлами мережі - 4. Максимального діаметра в 2500 м тут досягти можна, хоча максимальні відрізки кабелю між всіма 4 повторювачами, а також між повторювачами і кінцевими вузлами неприпустимі — інакше вийде мережа довжиною 5000 м.

Стандарт 10Base-FL являє собою незначне поліпшення стандарту FOIRL. Збільшено потужність передавачів, тому максимальна відстань між вузлом і концентратором збільшилося до 2000 м. Максимальне число повторювачів між вузлами залишилося рівним 4, а максимальна довжина мережі - 2500 м.

Стандарт 10Base-FB призначений тільки для з'єднання повторювачів. Кінцеві вузли не можуть використовувати цей стандарт для приєднання до портів концентратора. Між вузлами мережі можна установити до 5 повторювачів 10Base-FB при максимальній довжині одного сегмента 2000 м і максимальній довжині мережі 2740 м.

Повторювачі, з'єднані по стандарту 10Base-FB, при відсутності кадрів для передачі постійно обмінюються спеціальними послідовностями сигналів, що відрізняються від сигналів кадрів даних, для підтримки синхронізації. Тому вони вносять меншу затримку при передачі даних з одного сегмента в інший, і це є головною причиною, по якій кількість повторювачів вдалося збільшити до 5. Як спеціальні сигнали використовуються манчестерськие коди J і К в наступної послідовності: J-J-K-K-J-J-.... Ця послідовність породжує імпульси частоти 2,5 МГц, що і підтримують синхронізацію приймача одного концентратора з передавачем іншого. Стандарт 10Base-FB має також назву синхронний Ethernet.

Як і в стандарті l0Base-T, оптоволоконі стандарти Ethernet дозволяють з'єднувати концентратори тільки в деревоподібні ієрархічні структури. Будь-які петлі між портами концентраторів не допускаються.

Домен колізій

У технології Ethernet, незалежно від застосовуваного стандарту фізичного рівня, існує поняття домену колізій.

Домен колізій (collision domain) — це частина мережі Ethernet, усі вузли якої розпізнають колізію незалежно від того, у якій частині цієї мережі колізія виникла. Мережа Ethernet, побудована на повторювачах, завжди утворює один домен колізій. Домен колізій відповідає одному поділюваному середовищу. Мости, комутатори і маршрутизатори поділяють мережу Ethernet на декілька доменів колізій.

Якщо, наприклад, зіткнення кадрів відбулося в концентраторі 4, то відповідно до логіки роботи концентраторів l0Base-T сигнал колізії пошириться по всіх портах всіх концентраторів.

Якщо ж замість концентратора 3 поставити в мережу міст, то його порт С, зв'язаний з концентратором 4, сприйме сигнал колізії, але не передасть його на свої інші порти, тому що це не входить до його обов'язку. Міст просто відробить ситуацію колізії засобами порту С, що підключений до загального середовища, де ця колізія виникла. Якщо колізія виникла через те, що міст намагався передати через порт С кадр у концентратор 4, то, зафіксувавши сигнал колізії, порт C призупинить передачу кадру і спробує передати його повторно через випадковий інтервал часу. Якщо порт С приймав у момент виникнення колізії кадр, то він просто відкине отриманий початок кадру і буде очікувати, коли вузол, що передавав кадр через концентратор 4, не зробить повторну спробу передачі. Після успішного прийняття даного кадру у свій буфер міст передасть його на інший порт відповідно до таблиці просування, наприклад на порт А. Усі події, зв'язані з обробкою колізій портом С, для інших сегментів мережі, що підключені до інших портів моста, залишаться просто невідомими.

Вузли, що утворять один домен колізій, працюють синхронно, як єдина розподілена електронна схема.

Загальні характеристики стандартів Ethernet 10 Мбіт/с

У таблицях 1 і 2 зведені основні обмеження і характеристики стандартів Ethernet.

Таблиця 1. Загальні обмеження для всіх стандартів Ethernet.

Таблиця 2.Параметри специфікацій фізичного рівня для стандарту Ethernet.