Найбільш популярна на даний момент технологія побудови локальних обчислювальних мереж - Ethernet - була розроблена фахівцями Palo Alto Research Center (PARC) корпорації Xerox в середині 1970 років. До промислової реалізації специфікація Ethernet була підготовлена членами консорціуму DIX (DEC, Intel, Xerox). Ця специфікація була прийнята за основу при розробці специфікації IEEE 802.3, яка з'явилася в 1980 році. Незабаром після цього Digital Equipment Corporation, Intel Corporation і Xerox Corporation об'єднаними зусиллями створили власну специфікацію, яка була сумісною з IEEE 802.3 і отримала назву Ethernet II.
Компоненти і принципи побудови мереж Ethernet
Для передачі даних по локальній мережі Ethernet використовує алгоритм Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA / CD).
Процедура доступу до середовища передачі
Процедура CSMA / CD побудована на двох основних принципах:
- контроль несучого сигналу (Carrier Sense);
- виявлення колізій (Collision Detect).
Колізія (Collision) # 151; спотворення переданих даних в мережі Ethernet, яке виникає при одночасній передачі декількома робочими станцій.
Існують дві основні причини виникнення колізій в мережі Ethernet:
- Наявність несправної NIC (Network Interface Card) у одного або декількох абонентів мережі;
- Наявність затримки поширення сигналу по мережі Ethernet.
Основною причиною виникнення штатних колізій є кінцева швидкість поширення електричного сигналу через середу передачі даних Ethernet.
Затримка поширення сигналу в сегменті (Propagation Delay) - це інтервал часу, що відокремлює момент початку процесу передачі даних абонентом, який розміщений на одному закінчення сегмента мережі від моменту початку прийому даних абонентом, який розміщений на іншому закінчення сегмента мережі.
При виявленні колізії робоча станція припиняє передачу кадру даних і починає передавати спеціальний сигнал «Jam», для того, щоб вказати одержувачу на виникнення колізії. Сигнал Jam являє собою спеціальну кодову посилку, яка складається з 32 біт
Найбільш несприятливою з точки зору виникнення колізії є ситуація, коли одна станція вже завершила передачу кадру, але переданий кадр через затримку поширення сигналу в лінії ще не дійшов до іншої станції, яка теж починає виконувати передачу свого кадру. Для того щоб уникнути виникнення подібних ситуацій, все станції повинні бути розміщені всередині так званого колізійного домену.
Колізійних домен (Collision Domain) - віртуальна область в межах сегмента локальної мережі. Затримка поширення сигналу між будь-якими двома станціями, які належать даній області, не повинна перевищувати встановленого значення - діаметра колізійного домену.
Значення діаметра колізійного домену зазвичай визначається в одиницях часу і відповідає подвоєному часу передачі кадру мінімальної довжини для даного типу мережі Ethernet. Діаметр колізійного домену може бути обчислений наступним чином:
D = 2 * <минимальная длина кадра> * 0.1 мксек = 51.2 мксек
При нормальному функціонуванні всіх компонентів цієї мережі колізія може виникнути тільки в межах певного часового інтервалу, який називається вікном колізій (collision window).
Пізньої колізією (Late Collision, Out Of Window Collision) називається ситуація, при якій колізія виникає за межами вікна колізій.
Для зменшення ймовірності виникнення повторних колізій застосовується процедура регулювання затримки повторної передачі «Truncated Binary Exponential Back off Algorithm (TBEBO)».
Рівні інформаційної взаємодії Ethernet
Інформаційна взаємодія в мережі Ethernet здійснюється на двох рівнях, які відповідають фізичній і канального рівня еталонної моделі OSI.
Взаємодія на фізичному рівні мережі Ethernet
Взаємодія на фізичному рівні в свою чергу також розділене на чотири додаткових рівня:
- PLS Physical Layer Signaling;
- AUI Attachment User Interface;
- PMA Physical Medium Attachment;
- MDI Medium Dependent Interface.
Наявність такої, досить складну внутрішню структури у фізичної рівня взаємодії мережі Ethernet пояснюється особливостями побудови першої реалізації мережі Ethernet в компанії Xerox. Як фізичне середовище передачі даних в першій реалізації мережі використовувався товстий коаксіальний кабель, який мав діаметр центрального провідника близько 2 міліметрів, зовнішній діаметр кабелю - близько 10 міліметрів. Для підключення робочої станції до мережі використовувалися наступні пристрої і компоненти:
- Конектор (TAP);
- Трансівер (Media Access Unit - MAU);
- AU Attachment Unit-кабель;
- Контролер - адаптер робочої станції.
Формат представлення даних на фізичному рівні Ethernet (PLS)
Принцип формування лінійного коду мережі Ethernet відповідає принципу формування коду Манчестер-2 - одиниця послідовного коду кодується позитивним, а нуль - негативним перепадом вихідної напруги.
У таблиці, яка представлена нижче, наведені значення максимальних довжин сегмента для різних варіантів реалізації мережі Ethernet.
Інтерфейс AUI використовувався в класичному варіанті Ethernet для підключення адаптера абонента до трансивер, який був механічно пов'язаний із середовищем передачі Ethernet товстим коаксіальним кабелем. Кабель, який з'єднував трансивер з адаптером, складався з п'яти екранованих кручених пар, які були забезпечені загальним екраном. Дві сигнальних пари використовувалися для безпосередньої передачі даних між трансивером і адаптером.
Інтерфейс доступу до середовища передачі даних (MDI)
Один з механізмів, який призначений для забезпечення рівномірного доступу, визначається процедурою inter frame gap (інтервал між кадрами). Для мереж 10 Мбіт / сек величина IFG становить 9.6 мікросекунд. На цьому рівні можуть бути визначені процедури виявлення колізії і визначаються основні параметри мережі Ethernet такі, як максимальна довжина мережі, максимальна довжина сегмента мережі, мінімальна відстань між станціями, і т.д.
процедура TBEB
Процедура TBEB використовується для зменшення ймовірності виникнення повторних колізій.
T defer - величина інтервалу тайм-ауту повторної передачі
T CD - розмір колізійного домену або вікна колізій для даного варіанту реалізації Ethernet.
R - ціле число, яке вибирається випадковим чином з діапазону
N - номер послідовної колізії
Процедура SQE (CPT) Test
Дана процедура має довгу історію виникнення і кілька назв: Collision Presence Test (CPT) # 151; перевірка реакції на колізію, heartbeat # 151; серцебиття, Signal Quality Error (SQE) test # 151; перевірка якості сигналу. Спочатку вона отримала назву «CPT» з'явилася в другій специфікації Ethernet. При нормальному функціонуванні адаптера і трансивера індикатор колізії на мережевому адаптері повинен підморгувати після передачі кожного кадру, що і послужило приводом для появи назви даного тесту - heart beat. При розробці комітетом IEEE специфікації 802.3 ця процедура також була включена, однак, при цьому вона змінила свою назву на «SQE Test».
Слід зазначити, що ця процедура не може бути використана на деяких мережевих пристроях. Якщо трансивер, який підключений дорепітери в процесі виконання процедури «SQE Test» сформує сигнал колізії, ретрансляція зобов'язаний буде відреагувати на нього також як і на звичайний сигнал колізії - він повинен буде розіслати сигнал JAM в усі підключені сегменти. Щоб уникнути цієї ситуації, трансивери і конвертори середовища передачі забезпечені спеціальним перемикачем, який дозволяє скасувати використання процедури «SQE Test» на цьому пристрої. На трансиверах, які підключені до мережевих адаптерів (стандарти Ethernet-2 або IEEE 802.3) робочих станцій, цей перемикач повинен бути включений.
Наступна лекція
Взаємодія на фізичному і канальному рівні Ethernet і IEEE 802.3