Тема 6. Локальные сети. Ethernet

Основная цель, которую ставили перед собой разработчики первых локальных сетей во второй половине 70-х годов, заключалась в нахождении простого и дешевого решения для

объединения в вычислительную сеть нескольких десятков компьютеров, находящихся

в пределах одного здания. Для упрощения и, соответственно, удешевления аппаратных и программных решений разработчики первых локальных сетей остановились на совместном использовании общей среды передачи данных. Все компьютеры присоединялись к этому сегменту кабеля по схеме монтажного ИЛИ, поэтому при передаче сигналов одним из передатчиков все приемники получали один и тот же сигнал. Минусы такого решения – падение производительности при росте числа узлов сети.

Ethernet

Ethernet, наиболее распространенный тип компьютерных сетей в мире. Существует два типа Ethernet:классический Ethernet (classic Ethernet), который решает проблему множествен-

ного доступа ; и коммутируемый Ethernet (switched Ethernet), в котором для соединения компьютеров используются устройства под названием коммутаторы.

Классический Ethernet — это один длинный кабель, обвивающий здание, к кото-

рому подключаются компьютеры.

Рис 6.1 Классический Ethernet.

Метод доступа, используемый в сетях Ethernet на разделяемой проводной среде1, носит название CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — прослушивание несущей частоты с множественным доступом и распознаванием коллизий).

Все компьютеры в сети на разделяемой среде имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала в физической среде) получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать в общую среду. Говорят, что среда, к которой подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (Multiply Access, MA).

Чтобы получить возможность передавать кадр, интерфейс-отправитель должен убедиться,

что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной гармоники

сигнала, которая еще называется несущей частотой (Carrier Sense, CS).

Механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют исключения ситуации, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации.

Рис 6.2 Возникновение коллизии в Ethernet.

Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабелех сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются,то фиксируется факт обнаружения коллизии.После этого обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени. Затем она может снова предпринять попытку захвата среды и передачи кадра.

Основной недостаток разделяемой среды — плохая масштабируемость, так как пропускная способность среды передачи делится между всеми узлами сети.

Как только коэффициент использования общей среды превышает определенный порог, очереди к среде начинают расти нелинейно, и сеть становится практически неработоспособной.

Рис 6.3 Задержки доступа к среде передачи данных для технологий Ethernet, Token Ring и FDDI

Рис 6.4 Зависимость полезной пропускной способности сети Ethernet от коэффициента использования

Коэффициент использования сети равен отношению трафика, который должна передать сеть, к ее максимальной пропускной способности.