Лекція. Lek_№14(Базова технологія Ethernet комп’ютерних мереж ). Лекція 14 Тема Базова технологія Ethernet компютерних мереж
 Скачать 1.5 Mb.
|
|
ЛЕКЦІЯ №14 Тема: Базова технологія Ethernet комп’ютерних мереж Мета: вивчити особливості технології побудови локальних комп’ютерних мереж; здобути знання про специфікації 10Ethernet та вимоги до їх роботи; ознайомитись із структурою мережевого кадру Ethernet, особливостями кодування сигналів; розглянути переваги та недоліки технології 10Ethernet. План 1.Загальна характеристика мережевих технологій 2.Специфіка, особливості та вимоги базової технології Ethernet 3.Структура кадру та кодування сигналів Література Комп’ютерні мережі.Книга 2 [навчальний посібник]/ [А.Г. Микитишин, М.М. Митник, П.Д. Стухляк, В.В. Пасічник] – Львів: «Магнолія 2006», 2013.-328 с. Николайчук Я.М. Проектування спеціалізованих комп’ютерних систем. Навчальний посібник/ Я.М.Николайчук, Н.Я.Возна, І.Р.Пітух. - Тернопіль: ТзОВ “Терно-граф”, 2010. - 394 с. Римський Ю.С. Адміністрування комп’ютерних мереж і систем: навч. посібн./ Ю.С. Римський, В.П. Олексюк, А.В. Балик .- Тернопіль: Навчальна книга - Богдан, 2010. - 394 с. 1. Загальна характеристика мережевих технологій Мережева технологія – це узгоджений набір стандартних протоколів та програмно-апаратних засобів, що їх реалізують, достатній для побудови локальної обчислювальної мережі. Мережева технологія (архітектура) визначає: швидкість передачі в локальній мережі; середовище передавання даних; топологію; метод доступу до середовища передачі даних; формат мережевих кадрів; тип кодування сигналів. Іноді мережеві технології називають базовими технологіями, маючи на увазі те, що на їх основі будується базис будь-якої мережі. До основних базових мережевих технологій належать такі відомі технології локальних мереж як: Ethernet; Arcnet; Token Ring; FDDI. Ethernet – це найпопулярніша на сьогодні мережева архітектура. Мережа Ethernet була спроектована у 1975 Дослідницьким центром корпорації Xerox. Мережа виявилася досить вдалою, і внаслідок цього її в 1980 році підтримали такі найбільші компанії, як DEC і Intel, тому вони спільно об’єднались(DEC, Intel та Xerox) та розробили специфікації мережі Ethernet (Ethernet ІІ або Ethernet DIX). Їх стараннями в 1985 році мережа Ethernetстала міжнародним стандартом, її прийняли найбільші міжнародні організації по стандартах: комітет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) і ECMA (European Computer Manufacturers Association). Стандарт отримав назву IEEE 802.3. Загальна кількість мереж, що працюють по протоколу Ethernet в даний час, оцінюється в 5 мільйонів. Мережа Ethernetзараз найбільш популярна в світі (більше 90% ринку), імовірно такою вона і залишиться найближчими роками. Цьому неабиякою мірою сприяло те, що з самого початку характеристики, параметри, протоколи мережі були відкриті, внаслідок чого величезне число виробників у всьому світі почали випускати апаратуру Ethernet, повністю сумісну між собою. На сьогоднішній день існують такі види технологій Ethernet: 1) Ethernet (Thick Ethernet) – 10 Мбіт/; 2) Fast Ethernet – 100 Мбіт/с; 3) Gigabit Ethernet – 1000Мбіт/с; 4) 10GbE – 10Гбіт/с; 5) 40GbE – 40Гбіт/с; 6) 100GbE – 100Гбіт/с. 2. Специфіка, особливості та вимоги базової технології Ethernet У класичній мережі Ethernetзастосовувався 50-омний коаксіальний кабель двох видів (товстий і тонкий). Проте, з початку 90-х років найбільшого поширення набула версія Ethernet, що використовує як середовище передачі виту пару. Визначений також стандарт для застосування в мережі оптоволоконного кабелю. Для обліку цих змін в початковий стандарт IEEE 802.3 були зроблені відповідні додавання. Специфікації технологія 10 Мбіт/с Ethernet IEEE 802.3a («Тонкий Ethernet») табл. 14.1 — використовується кабель RG-58, з максимальною довжиною сегменту 185 метрів, комп'ютери приєднуються один до іншого, для підключення кабелю до мережевої карти потрібний T-коннектор. BNC-конектор знаходиться на мережевій платі. Потрібна наявність терминаторів на кожному кінці сегменту кабелю, які виконують роль опорів. Багато років цей стандарт був основним для технології Ethernet Таблиця 14.1 – Специфікація 10Base-2
 Рисунок 14.1 – Підключення ПК за специфікацією 10Base-2  Рисунок 14.2 – Вигляд мережі Ethernet за технологією 10Base-2 IEEE 802.3 («Товстий Ethernet») табл. 14.2 — первинна розробка технології із швидкістю передачі даних 10 Мбіт/с. Середовищем передачі є коаксіальний кабель, з хвильовим опором 50 Ом (RG-8), з максимальною довжиною сегменту 500 метрів. Таблиця 14.2 – Специфікація 10Base-5
 Рисунок 14.3 – Підключення ПК за специфікацією 10Base-5 IEEE 802.3i (табл. 14.3) — для передачі даних використовується 4 дроти кабелю витої пари (дві скручені пари) категорії-3 або категорії-5. Максимальна довжина сегменту 100 метрів. Таблиця 14.3 – Специфікація 10Base-T
 Рисунок 14.4 – Підключення ПК за специфікацією 10Base-Т IEEE 802.3j (табл. 14.4) — основний термін для позначення сімейства 10 Мбіт/с ethernet-стандартів, що використовують оптоволоконний кабель на відстані до 2 кілометрів. Таблиця 14.4 – Специфікація 10Base-F
 Рисунок 14.5 – Підключення ПК за специфікацією 10Base-F Правило 5-4-3 визначає, що між будь-якими двома вузлами мережі може бути максимум п'ять сегментів, з'єднаних через чотири концентратора (хаб), і тільки до трьох з п'яти сегментів дозволяється підключати комп'ютери Правило 4-х хабів говорить про те, що між будь-якими двома ПК у мережі повинно бути не більше 4-х хабів (концентратори) Правила “5-4-3” для коаксіальних мереж та “4 хабів” для мереж на основі витої пари і оптоволокна не лише дають гарантії працездатності мережі, але і залишають великий “запас міцності” мережі. Згідно стандарту IEEE 802.3, для того щоб КМ, яка побудована за технологією Ethernet та складається з сегментів різної фізичної природи, працювала коректно та ефективно, необхідне виконання основних чотирьох вимог: кількість станцій в мережі не більше 1024; довжина кожного фізичного сегменту не більше величини, визначеної у відповідному стандарті фізичного рівня, а загальна максимальна довжина КМ не повинна перевищувати 2500м; час подвійного обороту сигналу (Path Delay Value, PDV) між двома найвіддаленішими одна від одної станціями мережі не більше 575 бітових інтервалів; PDV (Path Delay Value - значення затримки в дорозі) – це час подвійного проходження сигналу між двома вузлами мережі. Враховує сумарну затримку в кабельній системі, мережевих адаптерах, повторителях і інших мережевих пристроях. Бітовий інтервал (bit time) – це проміжок часу, необхідний для передачі одного біта по мережі, що складає 100 нс (або 0,1 мкс) для 10-мегабитной мережі Ethernet. скорочення міжкадрового інтервалу IPG (Path Variability Value, PVV) при проходженні послідовності кадрів через всі повторювачі повинне бути не більше, ніж 49 бітових інтервалів. Міжкадровий інтервал (технологічна пауза) потрібний також для запобігання монопольному захопленню середовища одним комп'ютером. Виконання цих умов гарантую працездатность 10-мегабітної мережі Ethernet. Для всіх модифікацій технологія Ethernet забезпечує швидкість передачі даних 10 Мбіт/с і використовує метод доступу до розподіленого середовища передачі даних – метод множинного доступу із контролем несучої та виявленням колізій (carrier sense multiple access/collision detection – CSMA/CD). Технологія Ethernet є технологією колективного використання середовища передачі даних. Це означає, що всі пристрої в мережі повинні стежити за передачами в мережі і конкурувати або домовлятися про можливість, або право, на передачу. Це також означає, що в один і той же момент часу в мережі можлива тільки одна передача. Щоб використовувати принцип колективної роботи із середовищем передачі даних, в Ethernet застосовується метод множинного доступу з контролем несучої і виявленням конфліктів (CSMA/CD). Його використання дозволяє пристроям домовлятися про право на передачу. Метод СSMA/CD працює наступним чином всі комп'ютери в мережі – і клієнт, і сервер – прослуховують кабель, намагаючись знайти дані, що передаються. При передаванні даних можлива ситуація, коли дві станції одночасно намагаються передати кадр даних по загальному кабелю. Для зменшення імовірності цієї ситуації безпосередньо перед відправленням кадру передаюча станція слухає кабель (тобто приймає й аналізує виникаючі на ньому електричні сигнали), щоб визначити, чи не передається вже по кабелю кадр даних від іншої станції. Якщо визначається несуча (carrier-sense, CS), то станція відкладає передачу свого кадру до закінчення чужої передачі, і тільки потім намагається знову його передати. Але навіть при такому алгоритмі дві станції одночасно можуть вирішити, що по шині в даний момент часу немає передачі, і почати одночасно передавати свої кадри. Говорять, що при цьому відбувається колізія, тому що вміст обох кадрів зіштовхується на загальному кабелі, що приводить до перекручування інформації. Щоб коректно обробити колізію, усі станції одночасно спостерігають за виникаючими на кабелі сигналами. Якщо передані сигнали і ті, що спостерігаються, відрізняються, то фіксуєтьсявиявлення колізії (collision detection, CD). Для збільшення імовірності негайного виявлення колізії всіма станціями мережі, ситуація колізії підсилюється посилкою в мережу станціями, що почали передачу своїх кадрів, спеціальної послідовності біт, яка називається jam-послідовністю. Після виявлення колізії передаюча станція зобов'язана припинити передачу й очікувати протягом короткого випадкового інтервалу часу, а потім може знову зробити спробу передачі кадру. 3. Структура кадру та кодування сигналів Кадр (фрейм) – блок цифрових даних для передачі інформації у комп'ютерних мережах. Загальна структура мережевого кадру Ethernet наведено на рисунку 14.6.  Рисунок 14.6 – Загальна структура кадру Ethernet 1) Заголовок (адреса одержувача, адреса відправника, Довжина/Тип); 2) Дані що передаються; 3) Кінцівка (Контрольна сума кадру). Преамбула – ознака початку кадру; Адреса одержувача – МАС-адреса ПК-одержувача; Адреса відправника (поле управління) – МАС-адреса ПК-відправника; Довжина/Тип – вказує довжину поля даних та тип протоколу; Контрольна сума містить 32-розрядну циклічну контрольну суму пакету (CRC) і служить для перевірки правильності передачі пакету.    Манчестерський код (або код Манчестер-ІІ) набув найбільшого поширення в локальних мережах. Він також відноситься до кодів, що самосинхронізуються та мають всього два рівні (рівень 0 та 1), що сприяє кращій завадостійкості сигналу та спрощенню приймальних і передавальних сигналів між вузлами. Логічному нулю відповідає позитивний перехід в центрі бітового інтервалу (тобто перша половина бітового інтервалу – низький рівень, друга половина – високий), а логічній одиниці відповідає негативний перехід в центрі бітового інтервалу (або навпаки). Основна перевага манчестерського коди – постійна складова в сигналі (половину часу сигнал має високий рівень, іншу половину – низький). Основний недолік мереж Ethernet збільшенні кількості комп'ютерів зростає кількість зіткнень (явище колізій), що знижує пропускну здатність мережі і збільшує час доставки кадрів. Але зауважимо, що в сучасних мережах цей недолік досить легко усувається шляхом заміни концентраторів мостами і комутаторами, які вміють «ізолювати» передачу даних між двома комп'ютерами в мережі від інших. Переваг у архітектури Ethernet досить багато. Перш за все, сама ця технологія досить проста в реалізації. Відповідно, Ethernet-пристрої (мережеві адаптери, концентратори, комутатори тощо) виявляються значно дешевими за аналогічні пристрої інших мережевих архітектур. У Ethernet можна використовувати практично будь-які види кабелю, а застосування оптоволокна дозволяє поєднувати ділянки мереж, розташовані далеко одна від одної. Сумісність різних варіантів Ethernet дуже висока, що дозволяє не тільки нарощувати потужності мережі з використанням існуючої кабельної інфраструктури, але й легко розширювати мережу, підключаючи до неї нові, більш швидкісні сегменти. Тому сьогодні архітектура Ethernet не тільки стала найпоширенішою в локальних мережах, але й витісняє інші технології в регіональних і глобальних мережах. Контрольні запитання Що таке мережева технологія? Які специфікації існують у 10-мегабітному Ethernet? Які технології використовують коаксіальний кабель? Які технології 10-мегабітному Ethernet застосовують виту пару та оптоволокно? Яка максимальна довжина сегменту кожної специфікації 10-мегабітному Ethernet? Який код використовується при кодуванні сигналів у ЛОМ Ethernet? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
