Информационные сети Ethernet.

Сетевая технология Ethernet – распространённый метод построения локальных информационных, в том числе промышленных, сетей. Сети Ethernet строятся на базе американского стандарта IEEE 802.3 и международного стандарта ISO 8802.3. В зависимости от типа физической среды стандарт предусматривает ряд модификаций, из которых наибольший практический интерес представляют:

• 10Base-T – для двух неэкранированных витых пар (UTP – Unshielded Twisted Pair) категории 3 (телефонный кабель);

• 10Base-F – для многомодового оптоволоконного кабеля, использующего два оптоволокна;

• 100Base-TX – для двухпарного кабеля из двух неэкранированных витых пар UTP категории 5;

• 100Base-FX – для многомодового оптоволоконного кабеля, использующего два оптоволокна.

Первые две модификации соответствуют пропускной способности сети C = 10 Мбит/с (обычный Ethernet), а две последние – пропускной способности C = 100 Мбит/с (Fast Ethernet) – быстродействующий. Все отличия Fast Ethernet от обычного Ethernet получены за счёт изменений на физическом уровне, а на канальном уровне их характеристики одинаковы. Так, метод доступа к среде передачи данных (к линиям передачи) один и тот же. Имеется в виду метод коллективного доступа с наблюдением за несущей и с обнаружением коллизий CSMA/CD.

Согласно этому методу (см.вопрос 2.5) два узла могут случайно начать одновременную передачу данных, если сигналы узла, начавшего передачу первым, не дойдут до узла, готового начать передачу вторым, раньше, чем этот второй тоже начнёт передачу. Такая ситуация может произойти прежде всего с узлами, максимально удалёнными друг от друга. Если второй узел начнёт передачу как раз в тот момент, когда до него достигнет передающий сигнал первого узла, то первый узел получит информацию об этом событии только после того, как до него дойдёт передающий сигнал второго узла. Таким образом, максимальное время, которое должно быть затрачено на обнаружение наступившей коллизии, есть время двойного оборота сигнала между максимально удалёнными друг от друга узлами информационной сети. Это время не должно превышать величину промежутка времени, необходимого для передачи самого короткого кадра, чтобы первый передающий узел и все принимающие передаваемую информацию узлы успели забраковать передаваемый кадр, поскольку он испорчен сигналами второго передающего узла.

Минимальная длина поля данных кадра в сети Ethernet составляет 46 байт, а с учётом 18 байт служебной информации и 8 байт преамбулы полная длина кадра Ethernet составляет минимум 72 байт, или 576 бит. По этой причине время двойного оборота не должно превышать 575 битовых интервалов, что при 10-мегабитном стандарте Ethernet (1 бит за 0, 1 мкс) составит 57, 5 мкс. В технологии Fast Ethernet учёт количества битов служебной информации производится без преамбулы, так что время прохождения кадра минимальной длины оценивается в 512 битовых интервалов, т.е. в 5, 12 мкс. Исходя из полученных оценок допустимого времени двойного оборота сигналов, определяется максимально допустимое расстояние между узлами (станциями) различных модификаций сети Ethernet.

Типовой кадр информации, передаваемой по сети Ethernet, состоит из полей: DA – длиной 6 байт; SA – также длиной 6 байт; L – длиной 2 байт; поля данных – длиной от 46 до 1 500 байт; FSC – длиной 4 байт. Рассмотрим структуру кадра Ethernet подробнее:

• DA (Destination Address) – адрес назначения, т.е. адрес узла, в который пересылается информация, помещённая в поле данных. Адрес назначения представляет собой уникальный, ни в одной сети типа Ethernet не повторяющийся локальный шестибайтовый адрес, называемый MAC-адресом. Он обычно записывается в виде шести пар шестнадцатеричных цифр, разделённых дефисами, например, 40-Ф0-17-И5-ВС-31;

• SA (Source Address) – адрес источника информации, также являющийся шестибайтовым MAC-адресом;

• L (Length) – длина поля данных в кадре, записываемая двумя байтами. Знание длины кадра позволяет сократить время его передачи;

• FSC (Frame Check Sequence) – поле контрольной суммы, занимающее последние четыре байта кадра. Оно содержит подсчитанную перед пересылкой кадра контрольную сумму. После получения кадра по заданному адресу контрольная сумма вычисляется заново в узле назначения. Если присланное и вновь вычисленное значение контрольной суммы совпадают, то полученный кадр считается неискажённым.

Поле данных (Data), размещаемое между полями L и FCS, содержит пересылаемую по указанному адресу DA информацию, количество которой может составлять от 0 до 1 500 байт. В сети Ethernet минимальный объём пересылаемой информации должен составлять 46 байт. Это необходимо, чтобы сигнал коллизии успел дойти до самого дальнего узла сети до передающего узла раньше окончания передачи текущего кадра. Если фактический объём информации, которую необходимо передать, не достигает 46 байт, то используется дополнительное поле(Padding). Поле заполнения дополняет поле данных до минимально допустимого значения в 46 байт пустыми символами.

Каждый кадр, передающийся по сети Ethernet, начинается с двух полей:

• P (Preamble) – поле преамбулы. Оно состоит из семи синхронизирующих байтов вида 10101010.

• SFD (Start of Frame Delimiter) – определитель начала кадра. Он состоит из одного байта 10101011, появление которого завершает преамбулу и указывает на то, что следующий байт – это начало адреса назначения DA.

По окончании передачи кадра все узлы сети Ethernet обязаны выдержать паузу в 9, 6 мкс (соответственно – 0, 96 мкс в сети Fast Ethernet), называемую межкадровым интервалом (Inter Packet Gap). После паузы любой узел имеет право сделать попытку начать передачу информации.