Ethernet
Vznik Ethernetu ●
1980 – DIX konsorcium (Digital, Intel, Xerox)
●
určen pro kancelářské aplikace
●
sběrnicová topologie na koaxiálním kabelu
●
přístup k médiu řízen CSMA/CD algoritmem
●
přenosová rychlost 10 Mb/s
●
později IEEE 802.3 – nekompatibilní alternativa
●
Ethernet v2 – některé prvky přizpůsobeny IEEE 802.3 (ale stále nekompatibilní)
Skupina IEEE 802 ●
Institute of Electrical and Electronics Engineers
●
skupina 802: standardy pro lokální sítě
●
●
–
802.3
CSMA/CD (Ethernet)
–
802.5
Token Ring
–
802.11 bezdrátové sítě
podvrstvy –
MAC – Medium Access Control, konkrétní technologie
–
LLC – Logical Link Control (802.2), sjednocuje
http://standards.ieee.org/getieee802/
Ethernet na kroucené dvojlince ●
standardní řešení
●
hvězdicová topologie
●
uprostřed hub (rozbočovač) nebo switch (přepínač) PC PC
PC hub/switch PC
max. 100 m
PC
Historie: koaxiální kabel segment terminátor PC
PC
PC
●
tlustý kabel: vampýří připojení (bez přerušení), transceiver na segmentu, počítač připojen AUI kabelem (až 50 m)
●
tenký kabel (cheapernet): BNC konektory, segment přiveden až k počítači, levnější, choulostivé (rozpojením segmentu přestává fungovat)
Formát rámce 8
6
preambule
cíl
6
2 délka odesilatel typ
46–1500 data
4 bajty CRC
zde se liší Ethernet2 od IEEE 802.3 ●
preambule: 10101010...101011
●
cíl, odesilatel: adresy příjemce a odesilatele
●
délka: délka nesených dat (IEEE 802.3) typ: druh přepravovaných dat (Ethernet 2)
●
data: nesená informace, případně doplněna vatou
●
CRC: kontrolní součet
Adresy ●
48 bitů (6 bajtů)
●
zapisovány jako 6 dvojic šestnáctkových číslic: 00-02-C3-67-A8-3F
●
celosvětově jednoznačné –
první polovinu přiděluje výrobci centrální autorita
–
druhou polovinu přiděluje výrobce a ručí za její jednoznačnost
Algoritmus CSMA/CD ●
Carrier Sense with Multiple Access and Collision Detection
●
popisuje chování při odesílání rámce
●
vysílající: –
chvíli naslouchá
–
je-li volno, začne vysílat (jinak čeká na uvolnění)
–
při vysílání zároveň naslouchá – hlídá kolizi
–
kolize: vysílá několik stanic zároveň, data poškozena
Algoritmus CSMA/CD ●
●
chování vysílajícího (pokračování): –
dojde-li ke kolizi, podrží vysílání signálu po dobu odeslání minimálního rámce, pak zastaví, počká náhodnou dobu t a opakuje pokus
–
max. 16 pokusů, pak ohlásí nahoru chybu
určení doby tk při k-tém pokusu: tk = n·t0 –
t0 = 51,2 s (čas odvysílání minimálního rámce 512 b)
–
n náhodné číslo z intervalu <0,2k) pokud k<10, z intervalu <0,210) jinak
–
tzv. binary exponential backoff
Kolizní okénko
●
jakmile signál obsadí médium, nemůže ke kolizi dojít
●
kolizní okénko – od začátku vysílání do obsazení celého média, jedině tehdy může dojít ke kolizi
●
čas obsazení média < čas vysílání nejkratšího rámce, jinak hrozí neobjevené kolize – problém zrychlování
Důsledky CSMA/CD ●
s opakovanými neúspěchy stanice „ředí“ své další pokusy – větší šance na úspěch
●
odvysílání není zaručeno
●
každá kolize znamená určitý promarněný čas (data byla poškozena, musí se opakovat)
●
v době největšího zájmu přibývá kolizí a efektivita využití média tak klesá
●
využití závisí na velikosti rámců
Hub versus switch ●
●
hub (rozbočovač) –
co přijde z jednoho kabelu, pošle do všech ostatních
–
regeneruje signál (jakmile pozná 0/1, posílá dál)
switch (přepínač) –
inteligentní, pošle jen do kabelu obsahujícího adresáta
–
store and forward – načte rámec, analyzuje hlavičku a odvysílá do příslušného kabelu
–
odděluje kolizní domény (počítače na kabelu A nesoutěží o médium s počítači na kabelu B)
Jak pracuje switch ●
automatická konfigurace
●
z adresy odesilatele se dozví, kde kdo sedí
●
rámce určené neznámému adresátovi pošle všem (pravděpodobně se vzápětí z odpovědi dozví kde je)
●
problém s cykly (redundancí) v síti: –
řeší algoritmus spanning tree
–
některé linky deaktivuje a vytvoří strom pokrývající síť
–
při výpadku obnoví
–
problémy s kompatibilitou
Duplexní provoz (full duplex) ●
připojením počítačů ke switchi mizí sdílení média
●
lze zavést paralelní provoz oběma směry a nepoužívat CSMA/CD
●
jakmile má rámec, odvysílá jej
●
paralelně přijímá data přicházející z druhé strany
●
všechny současné karty a switche podporují
●
autodetekce nebo ruční nastavení
Fast Ethernet ●
IEEE 802.3u (1995)
●
rychlost 100 Mb/s
●
maximum prvků převzato z Ethernetu – formát rámce, CSMA/CD
●
shodná logika – software vyšších vrstev beze změn
●
vzdálenost hub–počítač max. 100 m, na cestě mezi dvěma počítači max. 3 huby 10 m od sebe
●
dosah 220 m (kvůli detekci kolizí)
●
zařízení „pod obojí“, automaticky rozpozná 10/100
Média pro Fast Ethernet ●
100BASE-TX –
●
100BASE-T4 –
●
4 páry UTP kategorie 3, 4, 5
100BASE-FX –
●
2 páry UTP kategorie 5
optické vlákno
standardní značení IEEE: 100BASE-TX přenosová v základním rychlost pásmu
typ (médium)
Gigabitový Ethernet ●
IEEE 802.3z (optika), 802.3ab (UTP) – 1998
●
rychlost 1 Gb/s
●
opět stejný formát rámců a CSMA/CD (spíše symbolicky, používá se full duplex)
●
modul pro média – GBIC –
vícevidové vlákno
200–500 m (podle typu)
–
jednovidové vlákno
2 km (80 km s GBIC-ZX)
–
UTP kategorie 5
25 m
Desetigigabitový Ethernet ●
IEEE 802.3ae (2002)
●
rychlost 10 Gb/s
●
zachovává formát rámce, mizí CSMA/CD – komunikace bude plně duplexní
●
zatím jen optická vlákna a laser (i pro vícevidové) 30 m (62,5 µm) až 300 m (speciální vlákno)
–
vícevidové
–
jednovidové 10 km nebo 40 km
