Стандарт IEEE 802.3 и строение сетей Ethernet

Стандарт IEEE 802.3 реализован в таком числе вариантов, что для их различия была введена система обозначений – название спецификаций стандарта состоит из 3 частей:

1. Число, соответствующее пропускной способности сети в Мбит/сек

2. Возможно слова: Base – для передачи сигналов в базовой полосе частот, Broad – для широкополосной передачи.

3. Либо указатель расстояния (максимально допустимая длина сегмента сети в метрах / 100 и арифметически округленная до целых) или англоязычные символы, указывающие на тип используемого сетевого кабеля.

Спецификации:

10Base2, т.е. 10 Мбит/сек, 2 – означает тип кабеля «тонкий коаксиальный кабель» (жарг. «тонкий коаксиал»). Для этого сетевого кабеля для большинства сетевых карт технологии Ethernet под топологию «общая шина» максимальная длина сегмента сети равна 185 м (т.к. 185/100 ~2)

Замечание. Особняком стоит бренд 3Com, сетевые карты которого за счет улучшенных характеристик приемо-передатчиков поддерживают длину сегмента сети до 300 м.

10Base5. Спецификация работает для физический топологии «общая шина» с использованием сетевого кабеля «толстый коаксиальный кабель» (жарг. «толстый коаксиал»). Максимальная длина сегмента – 500м (500/100 = 5)

10BaseT. «Т» означает, что для топологии «звезда» технологии Ethernet используется не экранированная витая пара категории 3 (twisted pair)

10BaseF. Аналогично 10BaseT, за исключением типа используемого кабеля: многомодовый оптоволоконный кабель (жарг. «многомодовое оптоволокно»).

Разработчики сетей Ethernet стандарта IEEE 802.3 знали, что много узлов будут получать доступ в сеть в одно и то же время. Однако, они не дали никакого механизма для сообщения узлам о том, когда сеть становится свободной. Метод доступа к разделяемой среде передачи данных в сетях Ethernet называемый CSMA/CD, является противоположностью маркерному кольцу, которое сообщает узлам, когда они могут передавать свои данные. Если разложить метод доступа к данным CSMA/CD, на 3 составляющих части:

1. Carrier Sense – Контроль несущей

2. Multiple Access – Множественный доступ

3. Collision Detection - Контроль коллизий

Контроль несущей (carrier sense)

Станция сети 802.3, которая хочет передать кадр прислушивается к тому, что происходит в сети, наблюдая за несущими сигналами. Сигнал – электрический импульс, посредством которых выстраивается ряд из 1 и 0, образующих кадр передаваемой информации. Если готовый к передаче узел сети «слышит» другую передачу он отвлекается на некоторое случайное число миллисекунд, а затем слушает вновь.

Множественный доступ (Multiple Access)

Если сигналов на сетевом кабеле не слышно, узел начинает передачу своих данных, однако может случиться, что два или более узлов начнут передавать одновременно или один из узлов начнет передачу прежде, чем до него дойдет сигнал ранее начатой передачи из другого узла. Таким образом алгоритм CSMA/CD разрешает нескольким узлам доступ к кабелю.

Обнаружение коллизий (Collision Detection)

Хотя «коллизия» звучит так, будто кадры сталкиваются, на самом деле это означает, что два или более электрических сигнала интерферируют и превращаются в бессмыслицу. Когда слушающий узел обнаруживает такую ситуацию, он передает серию кадров в формате, называемом сигналом коллизий, чтобы все узлы сети узнали о коллизии. Тогда включается процедура обнаружения коллизий, и все претенденты на передачу откладывают ее и ждут некоторое случайное количество миллисекунд перед повторением попытки передачи. Конфликты в сети Ethernet не снижают ее пропускной способности до определенных границ. В настоящее время в сетях эксплуатируются приложения, работающие в реальном времени с мультимедийной информацией, которой очень загружается Ethernet, при этом коллизии возникают гораздо чаще. При значительной интенсивности коллизий, полезная пропускная способность сети Ethernet падает, т.к. сеть почти постоянно занята повторными попытками передачи кадров. Для уменьшения интенсивности возникновения коллизий необходимо, например, уменьшить траффик, сократить число узлов в сегменте сети, либо повысить скорость работы протокола, перейдя, например, с технологии Ethernet на технологию Fast Ethernet. Следует отметить, что метод доступа CSMA/CD вообще не гарантирует станции, что она сможет получить доступ к среде. Этот недостаток метода случайного доступа является платой за его простоту (а, следовательно, и дешевизну). Другие методы доступа, например, маркерный доступ сети Token Ring или FDDI свободны от этого недостатка. Метод доступа CSMA/CD применяется исключительно в сетях с логической общей шиной. К таким сетям естественным образом относятся сети с логической топологией «общая шина», а так же физическая топология «звезда». Последние обстоятельство объясняется тем, что концентраторы осуществляют функции повторения сигналов на всех отрезках витых пар, подключенных к его портам. Таким образом образуется единая среда передачи данных, образуя логический моноканал(логическая общая шина)