Så vad är Ethernet och hur fungerar det? Ethernet är basen för nätverk. Ethernet-nätverksimplementeringar

Lämna en kommentar 6,950

Handledning

Vad är en kollisionsdomän?
Hur många par används för Ethernet och varför?
Vilka par tar emot och vilka sänder?
Vad begränsar längden på ett nätverkssegment?
Varför kan inte en ram vara mindre än en viss storlek?

Om du inte vet svaren på dessa frågor och är för lat för att läsa standarder och seriös litteratur om ämnet, vänligen hänvisa till katten.

Vissa tycker att det är självklarheter, andra kommer att säga att det är en tråkig och onödig teori. Ändå kan du under intervjuer med jämna mellanrum höra sådana frågor. Min åsikt: alla som måste plocka upp en 8P8C "crimp" (denna kontakt kallas vanligtvis av misstag RJ-45) måste veta vad som kommer att diskuteras nedan. Jag låtsas inte ha något akademiskt djup, jag kommer att avstå från formler och tabeller, och vi lämnar även linjär kodning bakom mig. Vi kommer främst att prata om koppartrådar, inte om optik, eftersom... de är mer utbredda i vardagen.

Ethernet-teknik beskriver två lägre nivåer OSI-modeller. Fysisk och kanal. Vidare kommer vi bara att prata om det fysiska, dvs. om hur bitar överförs mellan två angränsande enheter.

Ethernet-teknik är en del av Xerox PARC Research Centers rika arv. Tidiga versioner Ethernet användes som överföringsmedium koaxialkabel, men med tiden ersattes den helt av optisk fiber och partvinnad kabel. Det är dock viktigt att förstå att användningen av koaxialkabel till stor del bestämde principerna för Ethernet-drift. Faktum är att koaxialkabel är ett delat överföringsmedium. Viktig funktion delat medium: flera gränssnitt kan använda det samtidigt, men bara ett ska sända åt gången. Med hjälp av en koaxialkabel kan du ansluta inte bara 2 datorer till varandra, utan också mer än två, utan användning av aktiv utrustning. Denna topologi kallas däck. Men om åtminstone två noder på samma buss börjar sända information samtidigt, kommer deras signaler att överlappa varandra och mottagarna av andra noder kommer inte att förstå någonting. Denna situation kallas kollision, och den del av nätet där noder konkurrerar om ett gemensamt överföringsmedium - kollisionsdomän. För att känna igen en kollision övervakar den sändande noden hela tiden signalerna i omgivningen och om den egna sända signalen skiljer sig från den observerade upptäcks en kollision. I det här fallet slutar alla noder att sända och återupptar överföringen slumpmässig tidsintervall.

Kollisionsdomänens diameter och minsta ramstorlek

Låt oss nu föreställa oss vad som kommer att hända om, i nätverket som visas i figuren, nod A och C börjar sända samtidigt, men lyckas avsluta det innan de tar emot varandras signal. Detta är möjligt med en tillräckligt kort överfört meddelande och en ganska lång kabel, för som vi vet från skolans läroplan är utbredningshastigheten för eventuella signaler i bästa fall C = 3*10 8 m/s. Därför att var och en av de sändande noderna kommer att ta emot en räknarsignal först efter att den redan har sänt sitt meddelande - det faktum att en kollision har inträffat kommer inte att fastställas av någon av dem, vilket betyder att det inte kommer att ske någon återsändning av ramar. Men nod B kommer att ta emot en summa av signaler vid ingången och kommer inte att kunna ta emot någon av dem korrekt. För att förhindra att denna situation inträffar är det nödvändigt att begränsa storleken på kollisionsdomänen och minimum ram storlek. Det är inte svårt att gissa att dessa kvantiteter är direkt proportionella mot varandra. Om volymen av överförd information inte når minimiramen, ökas den på grund av det speciella padfältet, vars namn kan översättas som en platshållare.

Ju större den potentiella storleken på nätverkssegmentet är, desto mer omkostnader spenderas på att överföra databitar liten storlek. Ethernet-teknikutvecklare var tvungna att leta efter en mellanväg mellan dessa två parametrar, och minsta storlek ramstorleken sattes till 64 byte.

Tvinnade par och duplexläge slavar

Twisted pair som överföringsmedium skiljer sig från koaxialkabel genom att den bara kan ansluta två noder och använder separata media för att överföra information i olika riktningar. Ett par används för sändning (1,2 stift, typiskt orange och vit-orange ledningar) och ett par för mottagning (3,6 stift, vanligtvis gröna och vitgröna ledningar). På aktiv nätverksutrustning är det tvärtom. Det är inte svårt att lägga märke till att det centrala kontaktparet saknas: 4, 5. Detta par lämnades medvetet fritt om du sätter in en RJ11 i samma uttag, kommer den att uppta exakt de lediga kontakterna. På så sätt kan du använda en kabel och ett uttag för LAN och till exempel telefon. Paren i kabeln är valda på ett sådant sätt att de minimerar den ömsesidiga påverkan av signaler på varandra och förbättrar kvaliteten på kommunikationen. Ledningarna i ett par är tvinnade tillsammans så att påverkan av externt brus på båda trådarna i paret är ungefär densamma.
För att koppla ihop två enheter av samma typ, till exempel två datorer, används en så kallad crossover-kabel, där ett par ansluter kontakter 1,2 på ena sidan och 3,6 på den andra, och det andra vice versa: 3 ,6 kontakter på ena sidan och 1,2 andra. Detta är nödvändigt för att ansluta mottagaren till sändaren om du använder en rak kabel, får du en mottagare-mottagare, sändare-sändare. Fast nu spelar det bara roll om du arbetar med någon ålderdomlig utrustning, eftersom... Nästan alla modern utrustning stöder Auto-MDIX - en teknik som gör att gränssnittet automatiskt kan avgöra vilket par som tar emot och vilket som sänder.

Frågan uppstår: varifrån kommer begränsningen på segmentlängden för Ethernet över tvinnat par om det inte finns något delat medium? Saken är den att de första nätverken byggda på tvinnade kablar använde hubb. En hubb (med andra ord en multi-input repeater) är en enhet som har flera Ethernet-portar och sänder det mottagna paketet till alla portar utom den som paketet kom ifrån. Således, om hubben började ta emot signaler från två portar samtidigt, så visste den inte vad den skulle sända till de återstående portarna, det var en kollision. Detsamma gällde för de första Ethernet-nätverken med optik (10Base-FL).

Varför då använda en 4-pars kabel om bara två av de 4 paren används? En rimlig fråga, och här är några skäl att göra det:

En 4-par kabel är mekaniskt mer tillförlitlig än en 2-par kabel.
4-parkabeln behöver inte bytas vid byte till Gigabit Ethernet eller 100BaseT4, som redan använder alla 4 paren
Om ett par är trasigt kan du använda ett ledigt istället och inte koppla om kabeln
Möjlighet att använda Power over Ethernet-teknik

Trots detta använder de i praktiken ofta en 2-par kabel, ansluter 2 datorer samtidigt med en 4-par kabel, eller använder gratis par för att ansluta en telefon.

Gigabit Ethernet

Till skillnad från sina föregångare använder Gigabit Ethernet alltid alla fyra paren för överföring samtidigt. Och åt två håll samtidigt. Dessutom kodas information inte i två nivåer som vanligt (0 och 1), utan i fyra (00,01,10,11). De där. Spänningsnivån kodar vid varje givet ögonblick inte en, utan två bitar samtidigt. Detta gjordes för att minska modulationsfrekvensen från 250 MHz till 125 MHz. Dessutom har en femte nivå lagts till för att skapa kodredundans. Det gör det möjligt att korrigera fel under mottagning. Denna typ av kodning kallas femnivås pulsamplitudkodning (PAM-5). Dessutom, för att använda alla par samtidigt För att ta emot och sända subtraherar nätverksadaptern sin egen sända signal från den totala signalen för att erhålla signalen som sänds av den andra sidan. På detta sätt implementeras fullt duplexläge över en kanal.

Dessutom

10 Gigabit Ethernet används redan i stor utsträckning av leverantörer, men används inte i SOHO-segmentet, eftersom Tydligen räcker det med Gigabit Ethernet. 10GBE använder single-mode och multimode fiber, med eller utan våglängdsmultiplexering, kopparkablar med InfiniBand-kontakter, samt partvinnade kablar i 10GBASE-T eller IEEE 802.3an-2006-standarden som distributionsmedium.

40 Gigabit Ethernet (eller 40 GbE) och 100 Gigabit Ethernet (eller 100 GbE). Utvecklingen av dessa standarder slutfördes i juli 2010. I för närvarande Ledande tillverkare av nätverksutrustning som Cisco, Juniper Networks och Huawei utvecklar och släpper redan de första routrarna som stöder dessa teknologier.

Sammanfattningsvis är det värt att nämna lovande teknik Terabit Ethernet. Bob Metcalfe, skaparen, föreslog att tekniken skulle utvecklas 2015 och sa också:

För att realisera 1 TB/s Ethernet måste många begränsningar övervinnas, inklusive 1550 nm lasrar och 15 GHz modulering. Det framtida nätverket kräver nya moduleringsscheman, såväl som ny optisk fiber, nya lasrar, i allmänhet, allt nytt

UPD: Tack vare navwebbläsaren Nickel3000 för att du berättade att kontakten som jag har kallat RJ45 i hela mitt liv faktiskt är 8P8C.
UPD2:: Tack till användaren Wott för att han förklarade varför stift 1,2,3 och 6 används.

Taggar: Lägg till taggar

Systemadministration

Handledning

Vad är en kollisionsdomän?
Hur många par används för Ethernet och varför?
Vilka par tar emot och vilka sänder?
Vad begränsar längden på ett nätverkssegment?
Varför kan inte en ram vara mindre än en viss storlek?

Om du inte vet svaren på dessa frågor och är för lat för att läsa standarder och seriös litteratur om ämnet, vänligen hänvisa till katten.

Ethernet-teknik beskriver de två nedre skikten av OSI-modellen på en gång. Fysisk och kanal. Vidare kommer vi bara att prata om det fysiska, dvs. om hur bitar överförs mellan två angränsande enheter.

Ethernet-teknik är en del av Xerox PARC Research Centers rika arv. Tidiga versioner av Ethernet använde koaxialkabel som överföringsmedium, men med tiden ersattes den helt av fiberoptik och partvinnade kablar. Det är dock viktigt att förstå att användningen av koaxialkabel till stor del bestämde principerna för Ethernet-drift. Faktum är att koaxialkabel är ett delat överföringsmedium. En viktig egenskap hos en delad miljö: flera gränssnitt kan använda den samtidigt, men bara ett ska sända åt gången. Med hjälp av en koaxialkabel kan du ansluta inte bara 2 datorer till varandra, utan också mer än två, utan användning av aktiv utrustning. Denna topologi kallas däck. Men om åtminstone två noder på samma buss börjar sända information samtidigt, kommer deras signaler att överlappa varandra och mottagarna av andra noder kommer inte att förstå någonting. Denna situation kallas kollision, och den del av nätet där noder konkurrerar om ett gemensamt överföringsmedium - kollisionsdomän. För att känna igen en kollision övervakar den sändande noden hela tiden signalerna i omgivningen och om den egna sända signalen skiljer sig från den observerade upptäcks en kollision. I det här fallet slutar alla noder att sända och återupptar överföringen slumpmässig tidsintervall.

Kollisionsdomänens diameter och minsta ramstorlek

Låt oss nu föreställa oss vad som kommer att hända om, i nätverket som visas i figuren, nod A och C börjar sända samtidigt, men lyckas avsluta det innan de tar emot varandras signal. Detta är möjligt med ett tillräckligt kort sänt meddelande och en tillräckligt lång kabel, eftersom som vi vet från skolans läroplan är utbredningshastigheten för eventuella signaler i bästa fall C = 3 * 10 8 m/s. Därför att var och en av de sändande noderna kommer att ta emot en räknarsignal först efter att den redan har sänt sitt meddelande - det faktum att en kollision har inträffat kommer inte att fastställas av någon av dem, vilket betyder att det inte kommer att ske någon återsändning av ramar. Men nod B kommer att ta emot en summa av signaler vid ingången och kommer inte att kunna ta emot någon av dem korrekt. För att förhindra att denna situation inträffar är det nödvändigt att begränsa storleken på kollisionsdomänen och minimum ram storlek. Det är inte svårt att gissa att dessa kvantiteter är direkt proportionella mot varandra. Om volymen av överförd information inte når minimiramen, ökas den på grund av det speciella padfältet, vars namn kan översättas som en platshållare.

Ju större den potentiella storleken på ett nätverkssegment är, desto mer omkostnader spenderas på att överföra små datadelar. Ethernet-teknikutvecklare var tvungna att hitta en mellanväg mellan dessa två parametrar, och den minsta ramstorleken sattes till 64 byte.

Twisted pair och full duplex-drift

Twisted pair som överföringsmedium skiljer sig från koaxialkabel genom att den bara kan ansluta två noder och använder separata media för att överföra information i olika riktningar. Ett par används för sändning (1,2 stift, typiskt orange och vit-orange ledningar) och ett par för mottagning (3,6 stift, vanligtvis gröna och vitgröna ledningar). På aktiv nätverksutrustning är det tvärtom. Det är inte svårt att lägga märke till att det centrala kontaktparet saknas: 4, 5. Detta par lämnades medvetet fritt om du sätter in en RJ11 i samma uttag, kommer den att uppta exakt de lediga kontakterna. På så sätt kan du använda en kabel och ett uttag för LAN och till exempel telefon. Paren i kabeln är valda på ett sådant sätt att de minimerar den ömsesidiga påverkan av signaler på varandra och förbättrar kvaliteten på kommunikationen. Ledningarna i ett par är tvinnade tillsammans så att påverkan av externt brus på båda trådarna i paret är ungefär densamma.
För att koppla ihop två enheter av samma typ, till exempel två datorer, används en så kallad crossover-kabel, där ett par ansluter kontakter 1,2 på ena sidan och 3,6 på den andra, och det andra vice versa: 3 ,6 kontakter på ena sidan och 1,2 andra. Detta är nödvändigt för att ansluta mottagaren till sändaren om du använder en rak kabel, får du en mottagare-mottagare, sändare-sändare. Fast nu spelar det bara roll om du arbetar med någon ålderdomlig utrustning, eftersom... Nästan all modern utrustning stöder Auto-MDIX - en teknik som gör att gränssnittet automatiskt kan avgöra vilket par som tar emot och vilket som sänder.

Varför då använda en 4-pars kabel om bara två av de 4 paren används? En rimlig fråga, och här är några skäl att göra det:

En 4-par kabel är mekaniskt mer tillförlitlig än en 2-par kabel.
4-parkabeln behöver inte bytas vid byte till Gigabit Ethernet eller 100BaseT4, som redan använder alla 4 paren
Om ett par är trasigt kan du använda ett ledigt istället och inte koppla om kabeln
Möjlighet att använda Power over Ethernet-teknik

Trots detta använder de i praktiken ofta en 2-par kabel, ansluter 2 datorer samtidigt med en 4-par kabel, eller använder gratis par för att ansluta en telefon.

Gigabit Ethernet

Dessutom

40 Gigabit Ethernet (eller 40 GbE) och 100 Gigabit Ethernet (eller 100 GbE). Utvecklingen av dessa standarder slutfördes i juli 2010. För närvarande är ledande tillverkare av nätverksutrustning som Cisco, Juniper Networks och Huawei redan upptagna med att utveckla och släppa de första routrarna som stöder dessa teknologier.

Sammanfattningsvis är det värt att nämna den lovande tekniken Terabit Ethernet. Bob Metcalfe, skaparen, föreslog att tekniken skulle utvecklas 2015 och sa också:

För att realisera 1 TB/s Ethernet måste många begränsningar övervinnas, inklusive 1550 nm lasrar och 15 GHz modulering. Det framtida nätverket kräver nya moduleringsscheman, såväl som ny optisk fiber, nya lasrar, i allmänhet, allt nytt

UPD: Tack vare hubbläsaren som berättade för mig att kontakten som jag har kallat RJ45 i hela mitt liv faktiskt är 8P8C.
UPD2:: Tack till användaren för att han förklarade varför stift 1,2,3 och 6 används.

Det vanligaste bland standardnätverk är Ethernet-nätverket. Det dök upp först 1972 (utvecklat av det berömda företaget Xerox). Nätverket visade sig vara ganska framgångsrikt, och som ett resultat, 1980, stöddes det av sådana stora företag som DEC och Intel (sammanslutningen av dessa företag kallades DIX efter de första bokstäverna i deras namn). Genom deras ansträngningar, 1985, blev Ethernet-nätverket en internationell standard som antogs av de största internationella: IEEE Committee 802 (Institute of Electrical and Electronic Engineers) och ECMA (European Computer Manufacturers Association).

Standarden heter IEEE 802.3 (läs på engelska som "eight oh two dot three"). Den definierar multipel åtkomst till en kanal av monobusstyp med kollisionsdetektering och överföringskontroll, det vill säga med den redan nämnda CSMA/CD-accessmetoden. Vissa andra nätverk uppfyllde också denna standard, eftersom detaljnivån är låg. Som ett resultat var IEEE 802.3-nätverk ofta inkompatibla med varandra i både design och elektriska egenskaper. Men nyligen har IEEE 802.3-standarden ansetts vara standarden för Ethernet-nätverket.

Huvudegenskaper hos den ursprungliga IEEE 802.3-standarden:

topologi – buss;

överföringsmedium - koaxialkabel;

överföringshastighet – 10 Mbit/s;

maximal nätverkslängd – 5 km;

maximalt antal abonnenter – upp till 1024;

nätverkssegmentets längd - upp till 500 m;

antal abonnenter i ett segment – upp till 100;

åtkomstmetod – CSMA/CD;

Smalbandsöverföring, det vill säga utan modulering (monokanal).

Strängt taget finns det mindre skillnader mellan IEEE 802.3- och Ethernet-standarderna, men de ignoreras vanligtvis.

Ethernet-nätverket är nu det mest populära i världen (mer än 90 % av marknaden), och förmodligen kommer det att förbli så under de kommande åren. Detta underlättades avsevärt av det faktum att nätverkets egenskaper, parametrar och protokoll från början var öppna, vilket ledde till att ett stort antal tillverkare runt om i världen började producera Ethernet-utrustning som var helt kompatibel med varandra .

Det klassiska Ethernet-nätverket använde 50-ohm koaxialkabel av två typer (tjock och tunn). Men nyligen (sedan tidigt 90-tal) är den mest använda versionen av Ethernet den som använder tvinnade par som överföringsmedium. En standard har också definierats för användning i fiberoptiska kabelnät. Tillägg har gjorts till den ursprungliga IEEE 802.3-standarden för att hantera dessa ändringar. 1995 dök en ytterligare standard upp för en snabbare version av Ethernet som arbetar med en hastighet av 100 Mbit/s (det så kallade Fast Ethernet, IEEE 802.3u-standarden), med tvinnad par eller fiberoptisk kabel som överföringsmedium. 1997 kom också en version med en hastighet på 1000 Mbit/s (Gigabit Ethernet, IEEE 802.3z standard).

Utöver standardbusstopologin används i allt större utsträckning passiva stjärn- och passiva trädtopologier. Detta innebär användning av repeaters och repeaterhubbar som kopplar samman olika delar (segment) av nätverket. Som ett resultat kan en trädliknande struktur bildas på segment av olika typer (Fig. 7.1).

Ris. 7.1. Klassisk Ethernet-nätverkstopologi

Segmentet (del av nätverket) kan vara en klassisk buss eller en enda abonnent. Koaxialkabel används för busssegment, och partvinnad kabel och fiberoptisk kabel används för passiva stjärnekrar (för att ansluta enstaka datorer till ett nav). Huvudkravet för den resulterande topologin är att den inte ska innehålla slutna vägar (slingor). I själva verket visar det sig att alla abonnenter är anslutna till en fysisk buss, eftersom signalen från var och en av dem sprider sig åt alla håll samtidigt och inte återvänder (som i en ring).

Den maximala kabellängden för nätverket som helhet (maximal signalväg) kan teoretiskt nå 6,5 kilometer, men praktiskt taget inte överstiga 3,5 kilometer.

Ett Fast Ethernet-nätverk har ingen fysisk busstopologi, endast en passiv stjärna eller ett passivt träd används. Fast Ethernet har dessutom mycket strängare krav på maximal nätverkslängd. När allt kommer omkring, med en 10-faldig ökning av överföringshastighet och bevarande av paketformatet, blir dess minsta längd tio gånger kortare. Således reduceras det tillåtna värdet för dubbel signalöverföringstid genom nätverket med 10 gånger (5,12 μs mot 51,2 μs i Ethernet).

Manchester-standardkoden används för att överföra information på ett Ethernet-nätverk.

Tillgång till Ethernet-nätverket utförs med den slumpmässiga CSMA/CD-metoden, vilket säkerställer jämlikhet mellan abonnenter. Nätverket använder paket av variabel längd med strukturen som visas i fig. 7.2. (siffror visar antal byte)

Ris. 7.2. Ethernet-paketstruktur

Längden på en Ethernet-ram (det vill säga ett paket utan ingress) måste vara minst 512 bitars intervall eller 51,2 μs (detta är den maximala dubbla transittiden i nätverket). Individuell, grupp- och sändningsadressering tillhandahålls.

Ethernet-paketet innehåller följande fält:

Ingressen består av 8 byte, de första sju är kod 10101010, och den sista byten är kod 10101011. I IEEE 802.3-standarden kallas den åttonde byten för Start of Frame Delimiter (SFD) och bildar ett separat fält för paketet.

Mottagar- (mottagare) och avsändaradresser (sändare) innehåller vardera 6 byte och är byggda enligt standarden som beskrivs i avsnittet "Paketadressering" i föreläsning 4. Dessa adressfält bearbetas av abonnentutrustning.

Kontrollfältet (L/T – Length/Type) innehåller information om datafältets längd. Det kan också avgöra vilken typ av protokoll som används. Det är allmänt accepterat att om värdet på detta fält inte är mer än 1500, så indikerar det längden på datafältet. Om dess värde är större än 1500, bestämmer det ramtypen. Kontrollfältet bearbetas av mjukvara.

Datafältet måste innehålla från 46 till 1500 byte data. Om paketet måste innehålla mindre än 46 byte data, är datafältet utfyllt med utfyllnadsbyte. Enligt IEEE 802.3-standarden tilldelas ett speciellt utfyllnadsfält (paddata) i paketstrukturen, som kan ha en nolllängd när det finns tillräckligt med data (mer än 46 byte).

Kontrollsummafältet (FCS - Frame Check Sequence) innehåller en 32-bitars cyklisk kontrollsumma paket (CRC) och används för att verifiera att paketöverföringen är korrekt.

Sålunda är den minsta ramlängden (paket utan ingress) 64 byte (512 bitar). Det är detta värde som bestämmer den maximalt tillåtna dubbelfördröjningen av signalutbredning över nätverket i 512 bitars intervall (51,2 μs för Ethernet eller 5,12 μs för Fast Ethernet). Standarden antar att ingressen kan reduceras när paketet passerar genom olika nätverksenheter, så det beaktas inte. Maximal längd ram är 1518 byte (12144 bitar, det vill säga 1214,4 µs för Ethernet, 121,44 µs för Fast Ethernet). Detta är viktigt för att välja storlek på buffertminnet för nätverksutrustning och för att bedöma den totala nätverksbelastningen.

Valet av ingressformat är inte oavsiktligt. Faktum är att sekvensen av alternerande ettor och nollor (101010...10) i Manchester-koden kännetecknas av att den endast har övergångar i mitten av bitintervall (se avsnitt 2.6.3), det vill säga endast informationsövergångar. Naturligtvis är det lätt för mottagaren att ställa in (synkronisera) med en sådan sekvens, även om den av någon anledning förkortas med flera bitar. De sista två enskilda bitarna i ingressen (11) skiljer sig väsentligt från sekvensen 101010...10 (övergångar uppträder också vid gränsen för bitintervall). Därför kan en redan inställd mottagare enkelt välja dem och därigenom upptäcka början av användbar information (början av bilden).

För ett Ethernet-nätverk som arbetar med en hastighet av 10 Mbit/s, definierar standarden fyra huvudtyper av nätverkssegment, fokuserade på olika informationsöverföringsmedia:

10BASE5 (tjock koaxialkabel);

10BASE2 (tunn koaxialkabel);

10BASE-T (tvinnat par);

10BASE-FL (fiberoptisk kabel).

Namnet på segmentet innehåller tre element: siffran "10" betyder en överföringshastighet på 10 Mbit/s, ordet BASE betyder överföring i basfrekvensbandet (det vill säga utan att modulera en högfrekvent signal), och den sista element är den tillåtna segmentlängden: "5" - 500 meter, "2" - 200 meter (mer exakt, 185 meter) eller typ av kommunikationslinje: "T" - twisted pair (från engelska "twisted-pair"), "F" - fiberoptisk kabel (från engelskan "fiber optic").

På liknande sätt, för ett Ethernet-nätverk som arbetar med en hastighet av 100 Mbit/s (Fast Ethernet), definierar standarden tre typer av segment, som skiljer sig i typerna av överföringsmedia:

100BASE-T4 (quad twisted pair);

100BASE-TX (dubbelt tvinnat par);

100BASE-FX (fiberoptisk kabel).

Här betyder siffran "100" en överföringshastighet på 100 Mbit/s, bokstaven "T" betyder tvinnat par och bokstaven "F" betyder fiberoptisk kabel. Typerna 100BASE-TX och 100BASE-FX kombineras ibland under namnet 100BASE-X, och 100BASE-T4 och 100BASE-TX kallas 100BASE-T.

Egenskaperna hos Ethernet-utrustning, såväl som CSMA/CD-utbyteskontrollalgoritmen och algoritmen för beräkning av den cykliska kontrollsumman (CRC) kommer att diskuteras mer i detalj senare i särskilda avsnitt kurs. Här bör det bara noteras att Ethernet-nätverket inte kännetecknas av vare sig rekordstora egenskaper eller optimala algoritmer, det är sämre i ett antal parametrar än andra standardnätverk. Men tack vare starkt stöd, den högsta nivån av standardisering, enorma produktionsvolymer tekniska medel, Ethernet sticker ut bland andra standardnätverk, och därför jämförs vanligen all annan nätverksteknik med Ethernet.

Utvecklingen av Ethernet-teknik går längre och längre bort från den ursprungliga standarden. Användningen av nya överföringsmedier och switchar gör det möjligt att avsevärt öka storleken på nätet. Eliminering av Manchester-koden (i Fast Ethernet- och Gigabit Ethernet-nätverk) ger ökade dataöverföringshastigheter och minskade kabelkrav. Avslag på CSMA/CD-kontrollmetoden (med full-duplex utbytesläge) gör det möjligt att dramatiskt öka driftseffektiviteten och ta bort restriktioner för nätverkslängd. Men alla nya varianter av nätverk kallas också Ethernet-nätverk.

Ethernet den mest utbredda internationella standarden lokala nätverk(flera miljoner nätverk med denna teknik runt om i världen).

Utvecklingen av lokala nätverksstandarder utförs av arbetsgrupper av IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) - en internationell ideell sammanslutning av specialister inom teknikområdet, världsledande inom utveckling av standarder för radioelektronik och elektriska teknik. Denna offentliga ideella sammanslutning av yrkesverksamma går tillbaka till 1884, förenar 380 000 enskilda medlemmar från 150 länder (25 % av medlemmarna bor utanför USA).

Ethernet är inte en, utan en hel familj av standarder med olika användaregenskaper.

Om vi tar dataöverföringshastigheten och det maximala möjliga avståndet mellan två noder (nätverksdiameter) som grund för att jämföra dessa standarder får vi följande jämförelsetabell:

Låt oss först titta på principen att bygga lokala nätverk baserat på den historiskt första versionen av Ethernet (10 Mbit/s), som dök upp i slutet av 70-talet som en standard för tre företag: Digital, Intel, Xerox.

Denna teknik, liksom Fast Ethernet- och Gigabit Ethernet-teknik, är baserad på konceptet delad miljö: varje nod tar emot allt som sänds över nätverket; Endast en nod utför sändningen; resten väntar på en paus för att påbörja sin egen sändning.

10G Ethernet-teknik är baserad på en annan princip: information "sprids" inte över hela nätverket, utan "skjuts" målmedvetet från nod till nod mot sin destination. Ansvarig för att främja data i ett sådant nätverk routrar. De bestämmer till vilken närliggande nod informationspaketet måste flyttas för att föra det närmare sin destination. Sådana nätverk kallas nätverk med paketväxling.

Ethernet

Bilden visar ett diagram över ett Ethernet-nätverk på en koaxialkabel. Kabelsegmentet i ändarna är försett terminatorer(pluggar) för att absorbera den fortplantade signalen (i figuren är terminatorer ritade med svarta rutor).

Kabeln ansluter nätverksadaptrarna på datorer med en T-formad kontakt.

Funktionsprincip

Alla deltagare kan skicka ett meddelande till nätverket, men bara när det inte "tyst" sker någon annan överföring.

Till exempel lyssnar nod 2 (se figuren ovan) på nätverket och startar sändningen, med början med adresserna till avsändaren och mottagaren (dator 2 sänder ett meddelande till dator 4).

Sändningen går längs kabeln i båda riktningarna (absorberas av terminatorer i ändarna), och alla deltagare hör den (inklusive avsändaren själv).

Alla utom dator 4 ignorerar de överförda data, efter att ha upptäckt någon annans mottagaradress, och dator 4 tar emot datan fullständigt.

Det är tydligt att med denna överföringsmetod är det omöjligt att tillåta ett långsiktigt övertagande av nätet av en nod. Om dator 2 bestämmer sig för att skicka dator 4 stor fil, kommer alla andra nätverksdeltagare inte snart att ha möjlighet att påbörja överföringen.

Av denna anledning sänds meddelanden uppdelade i paket(i Ethernet-teknik kallas de personal). Paketlängden sträcker sig från 64 till 1518 byte.

Efter att ha sänt ett paket avbryter noden arbetet ett tag, och om nätverket är "tyst" skickar det nästa paket. Men en annan nod kan dra fördel av pausen och börja sin överföringssession. Således delar alla noder ett medium (kabel), med lika möjligheter att skicka informationspaket till nätverket.

MAC-adresser

Noder på ett Ethernet-nätverk adresseras med ett 6-byte binärt nummer som kallas en MAC-adress (Media Access Control).

Vanligtvis skrivs MAC-adressen som sex par hexadecimala siffror separerade med bindestreck eller kolon, till exempel 10:A1:17:3D:56:AF.

Det teoretiska materialet för prov nummer 2 i den andra och tredje lektionen i den här boken talar om datoraritmetik.

En unik MAC-adress är "hardwired" i nätverksadaptern under tillverkningen. Den kan inte vara densamma som någon annan MAC-adress i världen och kan inte ändras medan enheten används.

Den internationella ideella organisationen IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) distribuerar MAC-adresser mellan utrustningstillverkare.

En MAC-adress består av 48 bitar, så adressutrymmet har 2,48 (eller 281,474,976,710,656) adresser. Enligt IEEE-uppskattningar kommer detta utbud av adresser att räcka åtminstone till 2100.

Kollisioner

Dator 1 lyssnade på nätverket (gratis!) och började sända paketet:

Signalen hann inte nå dator 5 när den också började sända och beslöt att nätverket var ledigt:

Det är klart att det efter en tid kommer att finnas en överlappning av signaler i nätverket. Denna situation kallas kollision.

När den sändande stationen upptäcker en avvikelse mellan signalen som sänds till nätverket och signalen som tas emot från nätverket, detekterar den en kollision och avslutar paketöverföringen enligt Ethernet-protokollet.

Både dator 1 och dator 5 avbryter överföringen när de upptäcker en kollision.

En kollision på ett Ethernet-nätverk är inte en exceptionell händelse, det är en normal driftsituation.

Frågan är hur länge en nod ska vänta på att försöka återsända ett paket som skadats av en kollision till nätverket? Om du väntar under en bestämd tidsperiod kommer kollisionen att inträffa igen med 100 % sannolikhet (datorerna 1 och 5 kommer samtidigt att återuppta sändningen om de samtidigt avbröts på grund av en kollision).

I Ethernet-protokollet väljs pausen efter kollisionsdetektering från intervallet från 0 till 52,4 ms slumpmässig sätt.

Hur konstigt det än kan tyckas, precis slumpmässig en paus efter en kollision säkerställer att Ethernet-nätverket fungerar. Denna enkla mekanism för att hantera kollisioner föreslogs redan på 70-talet och fungerar fortfarande framgångsrikt!

Nätverksdiameter

Vad händer om kabeln är lång och förpackningen är liten?

En kollision kan inträffa efter att en nod har slutfört sändningen av ett paket.

Bilden visar exakt denna situation. En kollision inträffar när nod 1 har sänt klart paketet:

En sådan kollision kallas sent. I händelse av en sen kollision är paketet förlorat för alltid (nod 1 anser att överföringen av paketet lyckades och raderar det från dess buffertminne).

För normal drift Nätverket behöver den sändande stationen för att kunna upptäcka kollisionen innan den slutar sända paketet till nätverket. En sådan kollision kallas tidigt. Vid en tidig kollision återsänder noden det skadade paketet efter en slumpmässig paus.

För att förhindra sena kollisioner är det nödvändigt att begränsa kabellängden till det värde vid vilket överföringstiden för det kortaste paketet (64 byte) skulle vara större än två gånger signalens färdtid längs hela kabelns längd.

Varför beaktas dubbel kabellängd?

Låt nod 1, som ligger i ena änden av kabeln, börja sända ett paket. Sändningen måste fortsätta under hela den tid under vilken den första sända signalen når nod 5 i motsatt ände av kabeln och återvänder tillbaka, förvrängd av en kollision (det kan trots allt hända att nod 5 börjar sin sändning ett ögonblick före signalen från nod 1 kommer fram till det). Det vill säga, det är nödvändigt att ta hänsyn till signalens passage längs två gånger kabellängden.

Ethernet-nätverkets diameterbegränsning på 2 500 m är just baserad på beräkningen av en sådan kabellängd att en sen kollision inte skulle kunna inträffa i nätverket, även vid sändning av det kortaste paketet mellan två extremstationer. Standarden kallar värdet 2 500 m med god marginal (mer än tre gånger).

När en signal sänds genom en kabel uppstår dämpning (dämpning). Du måste dela upp kabeln i segment och koppla ihop dem repeaters.

Repeater är en enkel elektronisk enhet (utan någon programvara), som förstärker signalen när den överförs från ett kabelsegment till ett annat.

Bilden visar ett nätverk där kabeln består av tre segment sammankopplade med två repeaters:

För olika kabeltyper definierar standarden olika storlekar för maximal segmentlängd:

Fysiska miljönormer

Beroende på vilken typ av kabel som används ger Ethernet-tekniken flera standardalternativ baserat på egenskaperna fysisk miljö dataöverföring.

10Base-5 koaxialkabel med en diameter på 0,5 tum, kallad tjock.
10Base-2 koaxialkabel med en diameter på 0,25 tum, kallad slim.
10Base-T oskärmat tvinnat par.
10Base-F fiberoptisk kabel.

Siffran 10 i dessa beteckningar indikerar bithastigheten i dessa standarder 10 Mbit/s.

Standard 10Base-5

En koaxialkabel med en diameter på 0,5 tum används som överföringsmedium.

Kabeln är så "tjock" att det, till skillnad från 10Base-2-standarden (med en 0,25-tums kabel), är svårt att ansluta direkt till datorns nätverksadapter. Därför ansluts den "tjocka" koaxialen till adaptern med hjälp av transceiver och en extra tvinnad anslutningskabel (upp till 50 m lång).

En transceiver är inte bara en mekanisk kontakt (som en T-kontakt för tunn koaxial). Faktum är att transceivern är en del av nätverksadaptern placerad direkt på kabeln. Transceivern är vanligtvis ansluten till kabeln med hjälp av håltagningsmetoden.

Nätverk enligt denna standard är byggda med hjälp av en gemensam busstopologi, vilket illustreras av alla ovanstående figurer. Kabeln är uppdelad i segment, högst 500 meter långa. Segmenten är anslutna till varandra med repeatrar.

Högst 100 stationer kan anslutas till ett segment, och anslutningen görs på speciellt markerade punkter på kabeln (markörer placeras var 2,5 m).

Standarden tillåter användning av högst 4 repeatrar i ett nätverk och följaktligen inte mer än 5 kabelsegment (det visar sig att den maximala diametern för ett 10Base-5-nätverk inte överstiger 2500 m).

Endast 3 av 5 segment kan laddas (med anslutna arbetsstationer). Mellan laddade segment måste det finnas lossade. Den maximala 10Base-5 nätverkskonfigurationen visas i figuren:

Det sägs att ett 10Base-5 Ethernet-nätverk är byggt på regel 543: fem segment, fyra repeatrar, tre laddade segment.

Eftersom en kabelanslutning i segmentet är upptagen av en repeater finns det 99 kabelmarkörer kvar för arbetsstationer. Således kan 99 x 3 = 297 datorer fungera på ett sådant nätverk.

10Base-2 standard

Överföringsmediet är en koaxialkabel med en diameter på 0,25 tum, vilket är billigare men har sämre egenskaper.

Topologi: gemensam buss.

Nedan är en vy av den T-formade kontakten. Den ansluts till nätverkskortet och ansluter kabelfragmenten:

543-regeln gäller fortfarande: fem segment, fyra repeatrar, tre laddade segment.

Under är jämförelsetabell standarder baserade på "tjock" och "tunn" koaxialkabel.

10Base-T standard

Överföringsmedium: två oskärmade tvinnade par, det vill säga 4 ledare tvinnade i par. Ett par fungerar för mottagning, det andra för sändning.

Anslutningen av noder ser topologiskt ut som en stjärna, i mitten av vilken är belägen nav(nav, bokstavligen hjulnav). Andra navnamn: multiport repeater, nav.

Nätverkskabeln ansluts till hubben med hjälp av hamnar(anslutningar):

Bilden visar ett nätverk med en hubb som har fyra portar. En arbetsstationsnätverksadapter är ansluten till varje port.

Fastän fysiska förbindelser i det avbildade nätverket bildar de en stjärna, det skiljer sig inte i grunden från ett nätverk med en gemensam buss: ett nav förenar datorer med ett gemensamt delat medium. Det säger de fysisk topologi nätverk stjärna, logisk gemensam buss.

En signal som tas emot från en port översätts till alla andra portar (utom porten från vilken den togs emot), och nätverket fungerar enligt samma protokoll:

Om det är "tystnad" i nätverket kan du börja sända paketet.
Om en kollision upptäcks måste överföringen stoppas.
Genom slumpmässig paus måste du upprepa överföringen av det skadade paketet.

Standarden definierar segmentlängden (kabellängden från stationen till navet) som högst 100 meter.

Nätverket kan utökas genom att koppla hubbar till varandra (med samma portar) till en trädstruktur:

Men detta nätverk har fortfarande ett delat medium, det vill säga att det logiskt fungerar som en vanlig buss enligt den gamla algoritmen. De säger att hela nätverket är ett kollisionsdomän(alla noder i detta nätverk konkurrerar om ett gemensamt delat överföringsmedium).

Att bygga ett nätverk i form av ett träd, vars blad är arbetsstationer (eller servrar), och de återstående noderna är nav, är praktiskt praktiskt.

Ett nätverksavbrott på en separat gren stör inte arbetet i andra grenar av trädet (till skillnad från anslutningar på en gemensam buss) och dessutom kan anslutningshierarkin upprepa hierarkin för nätverksanvändare eller deras rumsliga plats.

Bilden nedan visar ett diagram över ett Ethernet-nätverk i skolan där hubben i tre datorklasser och två arbetsstationer är anslutna till rothubben: en dator på rektors kontor, den andra i lärarrummet.

Fungerar i 10Base-T standard 4 nav regel: det maximala antalet hubbar mellan två nätverksstationer bör inte vara fler än fyra (annars kommer nätverket inte att fungera på grund av sena kollisioner).

Det totala antalet stationer i ett 10Base-T-nätverk bör inte överstiga 1024. Detta antal, specificerat i standarden, bestämmer den maximala nätverksbelastningen vid vilken det fortfarande kommer att fungera, trots många möjliga kollisioner.

Nedan är ett exempel på ett nätverk där detta antal stationer kan uppnås:

4-hubregeln innebär att det i ett 10Base-T-nätverk inte kan finnas fler än 5 segment mellan två stationer. Det visar sig att den maximala diametern för ett sådant nätverk inte överstiger 5 x 100 = 500 m.

Nätverksdiametern kan ökas avsevärt om du inte använder ett nav som en anslutningsenhet, men växla. Andra namn för den här enheten: bro(bro), växla(växla).

Switchen, med sina portar, delar upp nätverket i flera delar som var och en har sin egen kollisionsdomän.

Detta händer eftersom switchen, till skillnad från hubben, inte sänder det mottagna paketet till andra portar om mottagaren är på samma port som paketet togs emot från.

Nätverk 1 i figuren är helt uppbyggt på nav. Ett paket från nod A till nod B kommer att distribueras av hubbar i alla riktningar och kommer att nå alla noder i detta nätverk. I det här fallet kan en överföring som startas av någon annan nod (till exempel C) förstöra paket A (en kollision kommer att inträffa). Nätverk 1 bildar en kollisionsdomän.

I nätverk 2 ersätts rothubben med en switch. Ett paket från värd A till värd B kommer inte att vidarebefordras av switchen till port 2 och kan inte orsaka en kollision på subnätet med hubb 2. Nätverk 2 bildar två kollisionsdomäner. 4-hubbar-regeln kommer att fungera separat för sina två delar. Det visar sig att nätverk med switchar kan byggas med en mycket stor diameter, utan hot om sena kollisioner och långa väntan på en paus för att starta överföringen.

Vad händer när nod A vidarebefordrar ett paket till nod C i ett nätverk med en switch? Switchen krävs för att överföra detta paket till port 2. Den kommer att göra detta enligt arbetsstationens algoritm. Det vill säga, den kommer att vänta på tystnad i det här subnätet och sedan påbörja överföringen. Om någon nod i subnät 2 också börjar skicka, kommer en kollision att uppstå, men det kommer att förbli en intern fråga för den andra domänen och kommer inte att gå utanför dess gränser.

Frågan uppstår: hur vet switchen att nod B är ansluten till port 1 (och paketet till den från port 1 behöver inte översättas till andra portar), och nod C är ansluten till port 2 (och paketet till port 1) det från port 1 borde översättas till port 2 )?

Till skillnad från ett nav har en switch "intelligens" (en mikroprocessor med programvara), vilket gör att den automatiskt kan bygga en tabell över överensstämmelse mellan noder och portar ( rutttabell) och använd den i ditt arbete.

Låt oss betrakta switchoperationsalgoritmen med hjälp av exemplet på nätverket som visas i figuren:

I det första ögonblicket (när strömmen slås på) är switchens routingtabell tom.

Låt nod A sända ett paket för nod B. Paketet innehåller inte bara mottagarens adress utan även avsändarens adress. När ett paket kommer till port 1 gör switchen den första posten i tabellen:

Switchen letar nu i tabellen efter en rad för värd B för att bestämma vad som ska göras med paketet: ignorera det om B ligger på samma port som A, eller sänd paketet till porten som B är ansluten till.

Det finns ingen rad med nod B i tabellen ännu. Switchen tvingas fungera som ett nav: den sänder paketet till en okänd destination på alla portar utom porten från vilken paketet togs emot, det vill säga på portarna 2 och 3.

Låt nod F nu sända ett paket för nod A.

En ny rad visas i tabellen:

Switchen hittar destinationsporten i tabellen och överför paketet till port 1.

Sålunda fylls routingtabellen i, och switchen, som börjar som ett vanligt nav, lär sig snabbt och ökar sina "färdigheter".

En enhet som heter router(ett annat namn är router, från det engelska ordet router).

Den här enheten låter dig bygga nätverk med en mesh-topologi och byta paket i den och välja de mest rationella vägarna.

10Base-F standard

Fiberoptisk kabel används som ett enda delat överföringsmedium.

10Base-F-nätverket är byggt enligt samma regler och från samma element som 10Base-T-nätverket.

Regeln om 4 nav per kollisionsdomän gäller fortfarande.

Den maximala längden på ett nätverkssegment är 2000 m. Den maximala diametern för en kollisionsdomän är 2500 m. Det maximala antalet arbetsstationer i det är 1024.

Snabbt Ethernet

Dataöverföringshastigheten i nätverk byggda enligt denna standard är 100 Mbit/s.

Driftslogiken för Fast Ethernet- och Ethernet-nätverk är exakt densamma. Alla skillnader ligger i fysisk nivå bygga ett nätverk.

Signalöverföringshastigheten har ökat 10 gånger, vilket innebär att den maximala diametern för ett delat segment bör minska 10 gånger (för att undvika sena kollisioner i det).

Ett tecken på mediets fria tillstånd i Fast Ethernet är överföringen av en special källans inaktiva karaktär(och inte frånvaron av en signal, som i den klassiska Ethernet-standarden).

Koaxialkabel är exkluderad från listan över tillåtna överföringsmedia. Fast Ethernet-standarden fastställde tre specifikationer:

100Base-TX oskärmat eller skärmat tvinnat par (två par per kabel).
100Base-T4 oskärmat tvinnat par (fyra par per kabel).
100Base-FX fiberoptisk kabel (med två fibrer).

De maximala längderna för kabelsegment anges i tabellen:

(En halvduplexkanal sänder och tar emot i tur och ordning och en fullduplexkanal samtidigt).

4-hub-regeln för Fast Ethernet blir en en- eller två-hub-regel (beroende på hubbklass).

100Base-TX

Överföringsmedium 2 tvinnade par i ett gemensamt skal.

100Base-T4

Överföringsmedium 4 tvinnade par i ett gemensamt skal.

Tre par används för parallell signalöverföring med en hastighet av 33,3 Mbit/s (totalt 100 Mbit/s), det fjärde paret "lyssnar" alltid på nätverket för att upptäcka kollisioner.

100Base-FX

Överföringsmedium: fiberoptisk kabel med två fibrer.

Gigabit Ethernet

Dataöverföringshastigheten i nätverk byggda enligt denna standard är 1000 Mbit/s.

Kablar som används i Fast Ethernet stöds: fiberoptisk, tvinnat par.

För att förhindra sena kollisioner skulle kabelsegmentlängden behöva minskas med en faktor 10 jämfört med Fast Ethernet-standarden, men detta skulle vara oacceptabelt. Istället har Gigabit Ethernet-tekniken ökat längden minimipaket från 64 byte till 512 byte och dessutom är det tillåtet att sända flera paket i rad (total storlek inte mer än 8192 byte). Detta ökar naturligtvis väntan på en paus för att starta överföringen, men vid en hastighet på 1000 Mbit/s är denna fördröjning inte alltför betydande.

För att stödja den deklarerade överföringshastigheten använder Gigabit Ethernet-tekniken även några andra tekniska lösningar, men nätverksstrukturen förblir densamma:

träd av delade miljöer;
Hub används för att ansluta noder i samma kollisionsdomän;
switchar och routrar kopplar samman kollisionsdomäner.

10G Ethernet

Dataöverföringshastigheten i nätverk byggda enligt denna standard är 10 000 Mbit/s.

Tekniken för att bygga ett 10G Ethernet-nätverk skiljer sig fundamentalt från andra Ethernet-tekniker.

10G Ethernet-nätverk är nätverk med paketväxling.

Om i nätverk med delad media ett paket som sänds av en station anländer till alla andra stationer, så följer paketet i switchade nätverk från den sändande stationen till destinationsstationen längs en rutt som förfinas när paketet flyttas från en router till en annan.

Ett nätverk med delade media, byggt endast på hubbar och switchar, måste ha strikt hierarkisk struktur: Det ska inte finnas några slingor i kopplingsschemat.

Nätverket som visas i figuren har en hierarkisk struktur. Mellan två valfria noder finns det exakt en väg, till exempel går vägen från A till B genom noderna: A2135B:

Följande bild visar ett nätverk med en slinga. Det finns nu två vägar mellan nod A och B: A2135B och A5B:

Paketförmedlingsnätverk kan ha en nätstruktur, i vilken två eller flera paketvägar kan existera mellan två stationer.

Mesh-nätverk är mer tillförlitliga: om en väg slutar fungera på grund av tekniska skäl, väljs en annan för att leverera paketet.

Nätverk med paketväxling har större genomströmning jämfört med nätverk på delade media (paket sänds inte i alla riktningar, utan följer strikt till sin destination; stationer sänder utan att vänta på tystnad i nätverket).

Fiberoptisk kabel och partvinnad kabel används som ledande medium i 10G Ethernet-nätverk.

Segmentlängd optisk kabel kan nå 40 km, och längden på ett tvinnat parsegment är 100 m. Orsaken till att kabellängden begränsas är inte längre i sena kollisioner (det finns inga kollisioner vid byte av paket), utan i dämpningen av signalen när den passerar. genom kabeln.

I den här boken kommer vi att titta på lokala nätverk som skapats med den mest populära och utbredda tekniken idag - Ethernet. Denna teknik dök upp på 70-talet av 1900-talet, när Bill Metcalfe, en forskningsingenjör från Massachusetts Institute of Technology, som också samarbetade med forskningscentret Xerox i Palo Alto, förberedde sin doktorsavhandling om metoder för att organisera datorkommunikation. Snart utvecklade Xerox, tillsammans med specialister från Intel och DEC (Digital Equipment Corporation), en kommersiell standard baserad på denna avhandling, som kallades Ethernet. Lite senare, 1980, låg Ethernet-standarden till grund för en universell specifikation för lokala nätverk byggd på principen om multipel åtkomst, detektering av bärfrekvens och automatisk feldetektering (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection, CSMA/CD); Denna specifikation, utvecklad av Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE), kallas IEEE 802.3. Eftersom IEEE 802.3 och Ethernet-standarderna är extremt nära inte bara i sin ideologi, utan också ur synvinkel teknisk kompatibilitet, V modern litteratur De kallas traditionellt av den allmänna termen - Ethernet. Vidare kommer vi också att hålla fast vid denna tradition.
Det är uppenbart att Ethernet-tekniken sätter sina egna begränsningar inte bara på det lokala nätverkets arkitektur utan också på dess tekniska egenskaper. Dessutom har sådana begränsningar flera unika logiska nivåer: å ena sidan bestämmer de anslutningsmetoden
datorer till nätverket, å andra sidan, belyser skillnaderna mellan olika typer nätverk baserat på den utrustning som används, kabeltyp eller dataöverföringshastighet. Vi kommer att prata om detta senare i det här kapitlet.

Inom Ethernet-standard Det är vanligt att särskilja flera typer av konstruktion av ett distribuerat datorsystem, baserat på dess topologiska struktur. I själva verket kan vi säga att topologin för ett lokalt nätverk är en konfiguration av kabelanslutningar mellan datorer, gjorda enligt en viss enhetlig princip. Varje specifik nätverkstopologi väljs för det första baserat på den utrustning som används, som i regel stöder en viss strikt specifikt alternativ organisationer nätverkskopplingar; för det andra, baserat på befintliga krav på mobilitet, skalbarhet och datorkraft för hela systemet som helhet. I ett antal situationer är det möjligt att organisera flera subnät, byggda med olika topologier och därefter kopplade in enda nätverk. I synnerhet i förhållande till Ethernet-standarden är det möjligt att organisera lokala nätverk med en "gemensam buss" eller "stjärna" topologi.

Vanlig busstopologi

Tekniken för att bygga ett lokalt nätverk baserat på "common bus"-topologin innebär seriell anslutning datorer i en kedja som en "daisy chain" som använder speciella T-formade kontakter (T-kontakter) anslutna till motsvarande port på nätverksadaptern för varje nätverksnod. Som fysisk linje För dataöverföring används en koaxialkabel med en bandbredd på 10 Mbit/s. Ändarna av "kedjan", det vill säga grenar av T-formade kontakter till vilka en kabel inte levereras för anslutning till angränsande datorer, begränsas av speciella metallkåpor som skapar det nödvändiga belastningsmotståndet i nätverket - de kallas pluggar eller terminatorer (Fig. 3.1).

Ris. 3.1. Konfiguration av ett lokalt nätverk med en "gemensam buss"-topologi

Det bör noteras att de en gång mycket populära lokala nätverken med en "gemensam buss"-topologi nu alltmer tappar sin position. Anledningen till deras nedgång i popularitet är ganska uppenbar. Trots den uppenbara enkelheten i installation och installation - och för att bygga ett sådant nätverk, krävs endast minimala färdigheter i att hantera tång eller en lödkolv - och relativ rörlighet när det gäller att ändra konfigurationen av hela systemet (trots allt för att flytta en nätverksdator från plats till plats, det tar bara att skruva loss och dra åt motsvarande kontakt), sådana nätverk har många uppenbara nackdelar. Och den viktigaste av dem är extremt låg tillförlitlighet. Det räcker att tappa kontakten i en av terminatorerna eller många T-anslutningar, vilket i praktiken händer ganska ofta, och ett helt segment av det lokala nätverket misslyckas. I en sådan situation allt nätverksdatorer fortsätter att arbeta ganska stabilt, men slutar plötsligt att "se" varandra, vilket resulterar i systemadministratör du måste gå igenom hela nätverket sekventiellt och kontrollera närvaron av kontakt i kontakterna, vilket ibland tar mycket tid. Det är därför den "gemensamma buss"-topologin är idealisk för att skapa ett litet punkt-till-punkt-hemnätverk, det vill säga för att ansluta två datorer, men i fallet med en mer komplex och omfattande nätverksstruktur bör du överväga att använda en annan konfiguration.

Stjärntopologi

Ett alternativ till den "gemensamma buss"-topologin i Ethernet-nätverk är stjärn-LAN-konfigurationen (Figur 3.2).

Ris. 3.2. LAN-konfiguration med stjärntopologi

I det här fallet är datorerna anslutna till varandra inte i serie, utan parallellt, det vill säga att var och en av nätverksnoderna är anslutna till sina egna
en bit tråd till motsvarande port på en viss enhet som kallas en hub, eller hub (från engelska hub - center). En speciell oskärmad partvinnad kabel används som dataöverföringsledning, som ger en anslutning med hastigheter upp till 10 Mbit/s. Med tvinnat par är det också möjligt att organisera ett nätverk av två datorer på punkt-till-punkt-basis, och maskinerna kan anslutas direkt till varandra, utan att använda ett nav, men proceduren för att installera kontakter i nätsladden kontakter i detta fall skiljer sig något från standarden.
Fördelarna med en stjärntopologi jämfört med en delad buss är att hög tillförlitlighet och feltolerans för det lokala nätverket, uppstår trängsel i det mycket mindre ofta, och slututrustningen fungerar över partvinnade kablar en storleksordning snabbare. Dessutom, om en av nätverksnoderna misslyckas, fortsätter resten av systemet att fungera stabilt: ett fullständigt fel i ett sådant lokalt nätverk inträffar först när navet går sönder. Att organisera ett nätverkssystem baserat på en stjärntopologi kräver förstås betydligt större ekonomiska kostnader, men de är helt berättigade när det gäller behovet av att säkerställa tillförlitlig kommunikation mellan datorer som arbetar på nätverket.

Ethernet nätverksklasser

Innan vi går vidare till en direkt undersökning av principerna för att organisera ett lokalt nätverk, är det nödvändigt att säga några ord om de teknologiklasser som Ethernet-standardnätverk är indelade i. Dessa klasser skiljer sig främst i linjekapacitet, typ av kabel som används, topologi och vissa andra egenskaper. Var och en av klasserna Ethernet-nätverk har sin egen beteckning, som återspeglar dess tekniska egenskaper, denna beteckning ser ut som XBase/BroadY, där X är nätverkskapaciteten, beteckningen Base eller Broad indikerar metoden för signalöverföring - basband eller bredband, och slutligen visar siffran Y maximal längd av ett nätverkssegment i hundratals meter, eller anger vilken typ av kabel som används i ett sådant system, vilket medför begränsningar för det maximala möjliga avståndet mellan två nätverksnoder, baserat på dess egna tekniska egenskaper. Till exempel har ett 10Base2-klassnätverk en genomströmning på 10 Mbit/s, använder basbandsdataöverföringsmetoden och tillåter en maximal segmentlängd på 200 m. Därefter kommer vi att titta på flera befintliga klasser av Ethernet-nätverk och prata om deras funktioner och Förmågor.

Klass 10Base5 (tjockt Ethernet)

Klass 10Base5, även ibland kallad "tjockt Ethernet", är en av de äldsta LAN-standarderna. Idag är det redan mycket svårt att hitta utrustning av denna typ till försäljning, ännu svårare att hitta befintligt nätverk, arbetar med den här typen av enhet.
10Base5-nätverk använde en "gemensam buss"-topologi och skapades på basis av koaxialkabel med vågimpedans 50 Ohm och 10 Mbit/s genomströmning. Den gemensamma lokala nätverksbussen var begränsad på båda sidor av terminatorer, men förutom T-kontakter använde sådana system speciella enheter som fick vanligt namn”transceivers”, som kommer från kombinationen av de engelska begreppen transmitter (sändare) och receiver (receiver). Egentligen var sändtagare mottagare och sändare av data mellan datorer som arbetade på nätverket och själva nätverket (fig. 3.3). Förutom funktionerna hos den faktiska mottagaren-sändaren av information gav sändtagarna tillförlitlig elektrisk isolering av datorer som arbetar på nätverket och fungerade också som en enhet som minskade nivån av främmande elektrostatisk störning. Den maximala längden på en koaxialkabel som sträcks mellan transceivern och datornätverksadaptern (transceiverkabel) i sådana nätverk kan nå 25 m, den maximala längden för ett nätverkssegment (nätverkssektion mellan två terminatorer) är 500 m, och det minsta avståndet mellan anslutningspunkter är 2,5 m Totalt kan inte fler än 100 datorer fungera i ett 10Base5-nätverkssegment, och antalet nätverkssegment som arbetar tillsammans bör inte överstiga fem.

Ris. 3.3. 10Base5 LAN-konfiguration

Klass 10Bas2

Lokala nätverk som tillhör klassen 10Base2, som ibland också kallas Thin Ethernet, är direkta "arvingar" till 10Base5-nätverk. Som i föregående fall, för att ansluta datorer, används en tunn skärmad koaxialkabel med en karakteristisk impedans på 50 Ohm, utrustad med T-kontakter och terminatorer, men i denna konfiguration är T-kontakterna anslutna direkt till nätverkskortet kontakt, utan användning av några mellanliggande enheter (bild .3.1). Följaktligen har ett sådant nätverk en standard "gemensam buss"-konfiguration. Den maximala längden på ett 10Base2-nätverkssegment kan nå 185 m, medan det minsta avståndet mellan anslutningspunkterna är 0,5 m. Största antalet Antalet datorer som är anslutna till ett segment av ett sådant nätverk bör inte överstiga 30, det maximala tillåtna antalet nätverkssegment är 5. Genomströmningen av detta nätverk, som följer av beteckningen på dess klass, är 10 Mbit/s.

Klass 10BaseT (Twisted Pair Ethernet)

En av de vanligaste klasserna av Ethernet-LAN idag är 10BaseT-nätverk. Liksom 10Base2-standarden tillhandahåller sådana nätverk dataöverföring med en hastighet av 10 Mbit/s, men använder en stjärntopologi i sin arkitektur och är byggda med specialkabel, kallat twisted pair, eller "twisted pair" (bild 3.2). Faktum är att ett tvinnat par är en åttakärnig tråd där endast två par ledare används för att utbyta information över nätverket: en för att ta emot en signal och en för att sända. En speciell enhet som kallas en hubb eller koncentrator används som en central länk i den stjärnformade strukturen i ett lokalt 10BaseT-nätverk. För att bygga ett distribuerat datorsystem bestående av flera nätverkssegment är det möjligt att koppla ihop flera hubb i form av en kaskad, eller att koppla ett lokalt nätverk av en annan klass genom en hubb till ett 10BaseT-nätverk (bild 3.4), dock. man bör ta hänsyn till att det totala antalet anslutningspunkter i ett sådant system inte bör överstiga 1024.
Det maximala tillåtna avståndet mellan noderna i ett 10BaseT-nätverk är 100 m, men vi kan säga att detta värde snarare kommer från praxis att bygga sådana nätverk, eftersom 10BaseT-standarden ger en annan begränsning: signaldämpningen mellan mottagaren och källan bör inte överstiga ett tröskelvärde på 11,5 decibel. Exakt den här klassen lokala nätverk tillsammans med 10Base2 kommer att diskuteras i detalj senare på sidorna i denna bok.

Ris. 3.4. Exempel på implementering av ett multi-segment Ethernet lokalt nätverk

Class10BaseF (fiberoptik)

Klass 10BaseF (ett annat namn är Fiber Optic) inkluderar vanligtvis distribuerade dator nätverk, vars segment är anslutna via en fiberoptisk stamkabel, vars längd kan nå 2 km. Uppenbarligen, på grund av deras höga kostnader, används sådana nätverk huvudsakligen i företagssektorn på marknaden och de är överkomliga för ganska stora företag som har de nödvändiga medlen för att organisera ett sådant system.
10BaseF-nätverket har en stjärntopologi, som dock skiljer sig något från arkitekturen som används för 10BaseT-nätverk (Fig. 3.5).

Ris. 3.5. 10BaseF LAN-konfiguration

Datorer på varje segment av ett sådant nätverk är anslutna till en hubb, som i sin tur är ansluten till en extern transceiver i 10BaseF-nätverket via en speciell kommunikationssladd ansluten till 15-stifts AUI-kontakten (Attachment Unit Interface). Transceiverns uppgift är att ta emot från sitt nätverkssegment elektrisk signal, omvandla den till optisk och överför den till fiberoptisk kabel. En optisk signalmottagare är en liknande enhet som omvandlar den till en sekvens av elektriska pulser som skickas till ett avlägset nätverkssegment.
Fördelarna med optiska kommunikationslinjer jämfört med traditionella är obestridliga. Först och främst har den dielektriska fibern som används i fiberoptiska kablar som vågledare unika fysiska egenskaper på grund av vilka signaldämpningen i en sådan linje är extremt låg: den är i storleksordningen 0,2 dB per kilometer vid en våglängd av 1,55 mikron, vilket tillåter potentiellt överföringsinformation över avstånd på upp till 100 km utan användning ytterligare förstärkare och repeatrar. Dessutom, i optiska kommunikationslinjer når frekvensen för bärarsignalen 1014 Hz, vilket innebär att dataöverföringshastigheten längs en sådan linje kan vara 1012 bitar per sekund. Om vi tar hänsyn till det faktum att flera ljusvågor samtidigt kan fortplanta sig i olika riktningar i en fiberoptisk kabel, så kan denna hastighet ökas avsevärt genom att organisera dubbelriktat datautbyte mellan ändpunkterna på den fiberoptiska kabeln. Ett annat sätt att fördubbla kapaciteten hos en optisk kommunikationslänk är att samtidigt sända flera vågor med olika polarisation längs den optiska fibern. I själva verket kan vi säga att idag har den maximala möjliga hastigheten för informationsöverföring via optiska linjer ännu inte uppnåtts, eftersom det finns ganska strikta begränsningar för "prestanda" liknande nätverkålägger slututrustning. Det är också "ansvarigt" för den relativt höga kostnaden för hela systemet som helhet, eftersom den dielektriska kvartsljusledaren i sig är mycket billigare än traditionell koppartråd. Slutligen kan vi nämna det faktum att optisk linje på grund av naturliga fysikaliska lagar är den absolut inte mottaglig för elektromagnetiska störningar och har också en betydligt större hållbarhetsresurs än en lina gjord av en vanlig metallledare.

Klasserna 100BaseT, 100BaseTX, 100BaseT4 och 100BaseFX

100BaseT LAN-klassen, även kallad Fast Ethernet, är en relativt ny klass av LAN: den skapades 1992 av en grupp utvecklare
kallas Fast Ethernet Alliance (FEA). Faktum är att Fast Ethernet är "efterträdaren" till 10BaseT-nätverk, men till skillnad från dem kan det överföra data med hastigheter på upp till 100 Mbit/s. "Precis som 10BaseT-nätverk har Fast Ethernet lokala nätverk en stjärntopologi och kan sättas ihop med olika typer av kabel, varav den mest använda är samma ökända tvinnade par. 1995 godkändes denna standard av Institutet - från Institutet of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) och gick in i IEEE 802.3-specifikationen (denna förlängning av specifikationen betecknades IEEE 802.3u), och blev därmed den första officiell status.
Eftersom 100BaseT-nätverksklassen är en direkt ättling till OBaseT-klassen, använder sådana system standard Ethernet-dataöverföringsprototyper, såväl som standardapplikationsprogram designad för att administrera ett lokalt nätverk, vilket avsevärt förenklar övergången från en typ av nätverk till en annan. Det förväntas att denna teknik inom en inte alltför avlägsen framtid kommer att ersätta de flesta av de för närvarande befintliga "legacy" standarderna, eftersom ett av huvudmålen med utvecklingen av denna specifikation var att upprätthålla kompatibiliteten för den nya sorten av lokala: olika typer kabel som används i gammaldags nätverk, har flera modifieringar av Fast Ethernet-standarden skapats. 0BaseTX-tekniken innebär användning av en standardtvinnad kabel av femte klass, som endast använder fyra av de åtta ledarna: två för att ta emot data och två för att sända. Därmed säkerställs dubbelriktat informationsutbyte och dessutom finns det en potentiell möjlighet att ytterligare öka produktiviteten i hela det distribuerade datorsystemet. 100BaseT4-nätverk använder också tvinnad parkabel, men alla åtta ledningarna i ledaren är inblandade: ett par fungerar bara för datamottagning, ett par sänder bara och de återstående två ger dubbelriktat informationsutbyte. Eftersom 100BaseT4-teknologin innebär uppdelning av all data anodiserad över nätverket i tre oberoende logiska kanaler (mottagning, sändning, mottagning-sändning), reduceras signalfrekvensen proportionellt och gör att sådana nätverk kan läggas med lägre kvalitet och därför billigare. kabel 3 eller 4 kategorier, slutligen, den sista standarden i Fast Ethernet-familjen kallas 100BaseFX. Den är designad för att fungera med fiberoptiska linjer kommunikation.
Den maximala längden på ett segment i 100BaseT-nätverk (förutom 100BaseFX-underklassen) överstiger inte 100 m nätverksadaptrar och hubbar som stöder denna standard används som slututrustning. Det finns också universella 10BaseT/100BaseT nätverkskort. Principen för deras funktion är att de lokala nätverken för dessa två klasser använder samma linjer med samma typ av kontakter, och uppgiften automatisk igenkänning bandbredd varje specifikt nätverk (10 Mbit/s eller 100 Mbit/s) tilldelas protokollet länklager, som är en del av själva adapterns programvara. Driftsalgoritmen för en sådan anordning kan illustreras i enkelt exempel. När du slår på en dator utrustad med en 10BaseT/100BaseT-nätverksadapter avger den senare en signal till nätverket som informerar andra nätverksenheter om att den kan stödja dataöverföringshastigheter på upp till 100 Mbps. Om den lokala nätverksutrustningen (till exempel hubben som den är ansluten till den här datorn) ger en liknande anslutningshastighet genererar den en svarssignal, varefter adaptern fortsätter att fungera i 100BaseT-läge. Om inget svar tas emot växlar nätverkskortet automatiskt till dataöverföringsläge med en hastighet på 10 Mbit/s, det vill säga det går över till att fungera i 10BaseT-standarden.
Trots alla fördelar med 100BaseT-specifikationen är sådana nätverk, jämfört med äldre Ethernet-implementationer, inte utan ett antal nackdelar som de ärvt från sin stamfader, 10BaseT-standarden. Först och främst, vid tider med toppbelastning, det vill säga i händelse av en situation där mer än 50 % av alla noder får åtkomst till nätverksresurser samtidigt, bildas en "överbelastning", välkänd för 10BaseT-användare, på linje - med andra ord, nätverket börjar märkbart "sakta ner." Och för det andra, om i en distribuerad datorsystem en kombinerad teknik används (en del av nätverket fungerar med 10BaseT-standarden, den andra med 100BaseT-standarden), höga anslutningshastigheter kommer endast att vara möjliga i en sektion som stöder en genomströmning på 100 Mbit/s. Därför, även om din dator är utrustad med en 100BaseT nätverksadapter, när du kommer åt en fjärrvärd utrustad med nätverkskort 10BaseT, anslutningshastigheten kommer inte att överstiga 10 Mbit/s.

Class1000BaseT (Gigabit Ethernet)

Ju snabbare de växer beräkningskraft modern personliga datorer, desto större blir den genomsnittliga statistiska volymen av filer som bearbetas med deras hjälp. Följaktligen finns det ett behov av en proportionell ökning av kapaciteten för kommunikationslinjer. Som ett resultat påskyndade detta evolutionsprocessen avsevärt nätverkstekniker: Innan 100BaseT-standarden äntligen hann slå rot ersattes den av en ny klass av lokala nätverk som tillåter överföring av information med hastigheter upp till en gigabit per sekund. Dessa nätverk är betecknade 1000BaseT och alternativt namn Gigabit Ethernet.
1000BaseT-nätverksarkitekturen använder en stjärntopologi som använder högkvalitativ kategori 5-tvinnad-parkabel som använder alla åtta ledningar, med vart och ett av de fyra ledningsparen som används för både att ta emot och överföra information. Jämfört med 100BaseT-teknologin fördubblas bärfrekvensen i 1000BaseT-nätverk, vilket resulterar i en tiofaldig ökning av kommunikationslinjekapaciteten. Vid övergång från standarden 10BaseT eller 100BaseT till 1 OOOBaseT ställs särskilda krav på installationens kvalitet nätverksuttag och kontakter: om nätverket läggs i full överensstämmelse med befintliga standarder, kommer det troligen att kunna tillhandahålla den erforderliga dataöverföringshastigheten, men om installationen utfördes med avvikelser från kraven i Ethernet-specifikationen, kommer störningarna som uppstår i anslutningarna inte att möjliggöra att de beräknade egenskaperna uppnås. Som med tidigare klasser av XBaseT-nätverk bör längden på ett enda Gigabit Ethernet-segment inte överstiga 100 m.
1000BaseT-standarden godkändes officiellt av Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) 1999 och ingår i IEEE 802.3-specifikationen. För närvarande produceras utrustning för denna typ av nätverk av flera oberoende tillverkare av datorhårdvara.

Byt enheter i 10BaseT-nätverk

Samtidigt med utvecklingen av nya, snabbare dataöverföringsteknologier, stod tillverkare av datorutrustning fortfarande inför utmaningen att hitta några sätt att öka prestandan hos gamla lokala Ethernet-nätverk, samtidigt som de minimerar både de ekonomiska kostnaderna för att köpa nya enheter och de tekniska kostnaderna för att uppgradera redan befintliga nät. Eftersom 10Base2-klassen enhälligt ansågs "döende" av alla utvecklare, fokuserade experter på 10BaseT-teknik. Och snart fann man en lämplig lösning.
Som ni vet innebär Ethernet-standarden användningen av en sändningsinformationsöverföringsalgoritm. Detta innebär att rubriken för alla datablock som skickas över nätverket innehåller information
om den slutliga mottagaren av detta block, och programvaran för varje dator i det lokala nätverket, som tar emot ett sådant paket, analyserar dess innehåll varje gång, och försöker "få ut" om det är värt att överföra data till protokoll på högre nivå (om det mottagna informationsblocket är avsett för just den här datorn) eller vidarebefordra det till nätverket (om datablocket skickas till en annan maskin). Bara detta saktar avsevärt ner hela det lokala nätverket. Och om vi tar hänsyn till det faktum att enheter som används som den centrala modulen i lokala nätverk med en "stjärna" topologi - koncentratorer eller nav - tillhandahåller seriell snarare än parallell dataöverföring, då upptäcker vi en annan "svag länk" som inte bara minskar hastigheten på hela systemet, men orsakar också ofta ”congestion” i de fall där till exempel flera dataströmmar skickas samtidigt till samma nod från olika sändande datorer. Om vi tilldelar uppgiften att initialt sortera paket till hubben, kan detta problem delvis lösas. Vilket är vad som gjordes. Så här föddes en enhet, senare kallad switch, eller switch. Switch ersätter helt en 10BaseT-hubb i den lokala nätverksstrukturen, och dessa två enheter ser nästan identiska ut, men switchens funktionsprincip har ett antal betydande skillnader. Den största skillnaden är att programvaran som är inbyggd i switchen kan oberoende analysera innehållet i datablock som skickas över nätverket och tillhandahålla direkt informationsöverföring mellan två av dess portar, oavsett alla andra portar på enheten. Låt oss illustrera denna situation med ett enkelt exempel (Figur 3.6). Låt oss anta att vi har en switch utrustad med 16 portar. Dator A är ansluten till port 1, som sänder en viss sekvens av data till dator C, ansluten till port 16. Till skillnad från hubben, efter att ha tagit emot detta datapaket, vidarebefordrar switchen det inte över alla portar som står till dess förfogande i hopp om att det förr eller senare ska nå mottagaren, men efter att ha analyserat informationen i paketet sänder den den direkt till den 16:e hamnen. Samtidigt kommer ett informationsblock från ett annat segment av det lokala 10BaseT-nätverket, anslutet till enheten via sin egen hubb, till port 9 på switchen. Eftersom detta block är adresserat till dator B, skickas det omedelbart till port 3, till vilken det är anslutet. Det bör förstås att switchen utför dessa två operationer samtidigt och oberoende av varandra. Uppenbarligen, med 16 portar, kan vi samtidigt skicka 8 datapaket genom switchen, eftersom portarna används i par. Den totala genomströmningen av denna enhet blir alltså 8 x 10 = 80 Mbit/s,
vilket kommer att påskynda nätverket avsevärt, samtidigt som varje enskild anslutning kommer att behålla standardvärdet på 10 Mbit/s. Med andra ord, när vi använder en switch minskar vi tiden det tar för paket att färdas genom nätverkssystemet utan att öka den faktiska hastigheten på anslutningen.

Ris. 3.6. Funktionsprincip för omkopplaranordningen

Repeaters (repeaters)

Det nämndes redan tidigare att det i lokala nätverk av vilken klass som helst finns strikta begränsningar för längden på nätverkssektionen mellan två anslutningspunkter. Dessa begränsningar är först och främst förknippade med dämpningskoefficienten för signalen i dataöverföringslinjen, som inte bör överstiga ett visst tröskelvärde: annars blir tillförlitlig mottagning av information omöjlig. De största vinnarna i detta fall är nätverk byggda med optiska fiberlinjer. Eftersom dämpningskoefficienten i denna miljö är mycket låg kan fiberoptisk kabel dras över långa avstånd utan förlust av kommunikationskvalitet. Samtidigt är den nämnda metoden att kombinera fjärranslutna LAN-segment till ett enda system ganska dyr. Vad ska man göra om ett företag driver ett vanligt lokalt nätverk med en bandbredd på 10 Mbit/s, vars enskilda sektioner, till exempel bokförings- och lagernätverket, är belägna på avsevärt avstånd från varandra, och företagsledningen har en behöver du koppla ihop dem? Här kommer speciella apparater som kallas repeaters eller repeaters till vår hjälp.
Repeaters är utrustade med minst två, och ibland fler, nätverksportar med ett av standardgränssnitten, och de är anslutna direkt till det lokala nätverket på maximalt tillåtet avstånd från närmaste anslutningspunkt (för 10BaseT-klassnätverk är det 100 m) . Efter att ha mottagit en signal från en av dess portar, regenererar repeatern den för att eliminera eventuella förluster och distorsioner som inträffade under dess sändning, och återsänder sedan den resulterande signalen till alla andra portar. Sålunda, när signalen passerar genom repeatern, förstärks den och rensas från främmande störningar. I vissa fall utför repeatern också funktionen att separera reläsignaler: om ankomsten av data med fel ständigt detekteras på en av portarna betyder det att en olycka har inträffat i nätverkssegmentet som är anslutet via denna port, och repeatern slutar ta emot signaler från denna port för att inte överföra fel till alla andra nätverkssegment, det vill säga inte sända dem till hela nätverket.
Samtidigt, vid användning av repeatrar i praktiken, träder ganska strikta regler i kraft som reglerar deras antal och plats i det lokala nätet. Den största nackdelen med repeaters är att när signaler passerar genom den här enheten finns det en märkbar fördröjning i att skicka data. Ethernet-länkskiktsprotokoll som använder CSMA/CD-standarden övervakar fel under överföringen av information, och om en kollision har upptäckts, upprepas överföringen efter en slumpmässig tidsperiod. Om antalet repeatrar i området mellan två datorer på det lokala nätverket överstiger ett visst värde, kommer fördröjningarna mellan sändningsögonblicket och tidpunkten för mottagning av data att bli så stora att protokollet helt enkelt inte kommer att kunna kontrollera korrektheten av dataöverföring och utbyte av information mellan dessa datorer kommer att bli omöjligt. Det är härifrån regeln kom, som vanligtvis kallas "5-4-3-regeln." Den är formulerad enligt följande: längs signalvägen i Ethernet-nätverket bör det inte finnas fler än 5 segment och fler än 4 repeaters, och endast 3 av dem kan anslutas till slutenheter (Fig. 3.7, a).
I allmänhet kan fler än fyra repeatrar finnas i det lokala nätverket. Regeln reglerar endast antalet repeatrar mellan två
eventuella anslutningspunkter. I vissa fall installeras repeatrar i par och ansluts till varandra med tråd; i detta fall kan det inte finnas mer än två sådana par mellan två datorer i nätverket (bild 3.7, b).