Механизм управления доступом к среде CSMA/CD - раздел Компьютеры, основные механизмы Ethernet Наиболее Характерная Особенность Сети Ethernet — Это Механизм Управления Дост...
Наиболее характерная особенность сети Ethernet — это механизм управления доступом к среде, который называется множественным доступом с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Подобно любому методу MAC, CSMA/CD позволяет компьютерам в сети совместно разделять единую узкополосную среду передачи без потери данных. В сети Ethernet нет приоритетов, поскольку на этом основан метод доступа к среде. Протокол разработан таким образом, что каждый узел имеет равные права на доступ к сетевой среде передачи.
Когда узел в сети Ethernet хочет передать данные, сначала он "прослушивает" сетевую среду, пытаясь определить, используется ли она. Это — фаза контроля несущей. Если узел выявляет в сети трафик, он выдерживает короткую паузу и снова прослушивает сеть. Если сеть свободна, то любой узел сети может осуществить через нее передачу своих данных. Это — фаза множественного доступа. Описанный механизм сам управляет доступом к среде передачи, но не без ошибок.
Вполне возможно для двух (или более) систем установить, что сеть свободна, и начать передавать свои данные примерно в один и тот же момент. Это приводит к спорной ситуации, которая в спецификациях IEEE называется ошибкой качества сигнала (SQE, signal quality error) или, что более 
широкоупотребимо, коллизией (collision). Коллизии возникают, когда одна система передает данные, а другая система выполняет контроль несущей в течение короткого промежутка времени до того момента, как первый бит переданного пакета достигнет ее (рис. 8.1). Этот интервал известен как время состязания (contention time) или временной зазор (slot time), так как каждая вовлеченная в процесс система полагает, что она начала передавать данные первой. Таким образом, каждый узел в сети всегда находится в одном из трех возможных состояний: передаче, соревновании или ожидании.
Когда сталкиваются пакеты от Двух различных узлов, в кабеле возникает состояние, отличное от нормы, которое распространяется навстречу обеим системам. В коаксиальной сети уровень напряжения стремится к точке, в которой он равен или больше, чем объединенные уровни двух трансмиттеров (+/-0,85 В). В сети из оптоволоконного кабеля или витой пары отклонения имеют форму одновременной активности сигнала в принимающей и передающей цепи.
Когда каждая передающая система выявляет ненормальную ситуацию, она осознает, что имеет место коллизия, немедленно прекращает посылать данные и предпринимает действия, чтобы исправить эту ситуацию. Это — стадия обнаружения коллизии. Из-за того, что столкнувшиеся пакеты считаются поврежденными, обе задействованные системы передают в остальную сеть сигнал задержки (jam pattern), который устанавливает во всем кабеле напряжение, информирующее другие системы в сети о столкновении и предотвращающее возможную передачу ими данных.
Сигнал задержки — это последовательность из 32 бит, которые могут иметь любое значение до того момента, пока они не станут равны значению поля контроля, содержащего циклический избыточный код (CRC) поврежденного пакета. Система, получившая пакет Ethernet, использует поле CRC (или контрольную сумму) для того, чтобы определить, были ли данные в пакете получены без ошибок. До тех пор, пока маска задержки отличается от правильного значения CRC, все принимающие узлы будут отбрасывать пакет.
В большинстве случаев сетевые адаптеры просто выставляют во всех 32 битах сигнала задержки значение 1, что соответствует CRC для пакета с весом 232, генерация которого в нормальных условиях не представляется вероятной.
После передачи сигнала задержки оба узла, вовлеченные в конфликт, откладывают свою передачу на случайный интервал времени, который вычисляется по алгоритму с использованием их собственных МАС-адресов в качестве уникальных факторов. Этот процесс называется отсрочкой или временной выдержкой. Так как оба узла выполняют независимые вычисления временной паузы, то шанс, что они начнут повторную передачу в одно и то же время, существенно снижается. Однако это по-прежнему возможно, и, если между теми же двумя узлами возникнет очередная коллизия, то они оба увеличат продолжительность интервалов задержки и снова переходят в состояние отсрочки. Как следствие того, что увеличивается количество возможных значений интервала выдержки, вероятность того, что системы снова выберут одинаковые интервалы, уменьшается. В спецификации Ethernet описанный процесс называется усеченной двоичной экспоненциальной временной выдержкой (truncated binary exponential backoff или truncated BEB). Система Ethernet будет пытаться передать пакет 16 раз, и если каждый раз будет возникать коллизия, то пакет отбракуется.
Все темы данного раздела:
Ethernet
Ethernet — это протокол Канального уровня, используемый подавляющим большинством современных локальных вычислительных сетей. В течение более чем 20 лет было создано несколько различных версий станд
Определение Ethernet
Протокол Ethernet обеспечивает унифицированный интерфейс к сетевой среде передачи, который позволяет операционной системе использовать для приема и передачи данных несколько протоколов Сетевого уро
Стандарты Ethernet
В самых ранних Ethernet-реализациях, датируемых 1970-ми годами, данные передавались через узкополосные соединения, при этом использовался коаксиальный кабель, работающий со скоростью 10 Мбит/с, и
Спецификация IEEE 802.3
На протяжении этого времени росло желание построить международный стандарт вокруг протокола Ethernet, но компания Xerox сделала имя Ethernet своей торговой маркой, и создавать международный стандар
Коллизии
Каждая система в сети Ethernet использует рассматриваемый механизм MAC для каждого передаваемого пакета, поэтому очевидно, что в действительности весь процесс происходит быстро. Большинство коллизи
Поздние коллизии
Спецификации Физического уровня для протокола Ethernet разработаны таким образом, что первые переданные 64 байта каждого пакета полностью распределяются по всей совокупной длине кабеля области колл
Эффект захвата
Существование коллизий как обычного явления в сетях Ethernet может оказывать глубокое комплексное влияние на функционирование сети. Теоретически каждая система в сети Ethernet в любой момент врем
Дуплексный Ethernet
Механизм управления доступом к среде CSMA/CD является определяющим элементом протокола Ethernet, но он также накладывает и множество ограничений. Основным недостатком протокола Ethernet является т
Нормативы Физического уровня
Спецификации Ethernet определяют не только тип кабеля, согласующегося с протоколом, но также и нормативы для укладки кабеля, такие как максимальная длина сегментов кабеля и допустимое количество к
Толстый Ethernet
Толстый Ethernet или ThickNet использует коаксиальный кабель RG8 и шинную топологию для соединения до 100 узлов в один сегмент не более 500 метров длиной. Оба конца шины должны быть "закрыты
Тонкий Ethernet
Тонкий Ethernet или ThinNet схож по функциональности с ThickNet, за исключением самого коаксиального кабеля RG58, который составляет около 5 миллиметров в диаметре и намного более гибкий. Для Thin
Ethernet на основе витой пары
Большинство сетей Ethernet сегодня применяют кабель из неэкранированной витой пары (UTP), также известный как lOBaseT, который решает несколько проблем, преследующих коаксиальный кабель. Сети DTP
Оптоволоконный Ethernet
Оптоволоконный кабель принципиально отличается от средств Физического уровня, основанных на медной среде передачи данных, рассмотренных ранее. Ввиду того, что он использует световые импульсы вмест
LOBaseFL
Стандарт lOBaseFL был задуман комитетом IEEE 802.3 с целью, чтобы предоставить большее количество альтернативных способов использования оптоволоконного кабеля в сетях Ethernet. Разработанный с уч
LOBaseFB
lOBaseFB позиционировался как решение для кабельной магистрали, которая соединяет ретранслирующие концентраторы или повторители на расстоянии до 2000 м. Применяя повторители lOBaseFB с синхронной
Нормативы кабельной системы
Помимо минимальной и максимальной длины сегментов для различных типов среды передачи Ethernet, стандарты также накладывают ограничения на количество повторителей, которое можно использовать в одно
Сегменты связи и смешанные сегменты
Когда задаются ограничения на количество повторителей, допустимое для сети, стандарты Ethernet различают Два типа сегментов кабеля: сегменты связи и смешанные сегменты. Сегмент связи (link segme
Правило 5-4-3
Стандарты Ethernet основаны на том положении, что в одной области коллизий Ethernet маршрут между любыми двумя узлами сети может состоять не более чем из пяти сегментов кабеля, объединенных
Вычисления временных соотношений для Ethernet
Правило 5-4-3 рекомендовано как основной руководящий принцип, аккуратное соблюдение которого обычно является достаточным для гарантии правильного функционирования сети. Однако также возможно более
Поиск наихудшего маршрута
Наихудший маршрут — это путь, который преодолевают данные при передаче между двумя самыми удаленными узлами в сети, он включает в себя длину сегмента и количество повторителей. В сравнител
Вычисление периода кругового обращения сигнала
Чтобы оценить возможность правильного выявления коллизий наиболее удаленными узлами сети, необходимо вычислить общую задержку маршрута, получаемую в процессе передачи и подтверждения приема. Чтобы
Вычисление значения сокращения интервала между пакетами
Тест сокращения интервала между пакетами необходим для того, чтобы убедиться, что задержка между передачами пакетов достаточна в том смысле, чтобы сетевой интерфейс успевал переключиться между реж
Превышение ограничений кабельной системы Ethernet
Спецификации Ethernet предоставляют определенную свободу действий, какая делает возможным превышение в разумных пределах ограничений кабельной системы. Если сеть имеет дополнительный повторитель ил
Адрес назначения и исходный адрес
Адресация является наиболее важной функцией кадра Ethernet. Так как кадр можно представить как "конверт" для данных Сетевого уровня, переносимых внутри него, то ему требуется налич
Данные и дополнение
Рассматриваемое поле содержит полезные данные пакета, т. е. внутреннее содержимое оболочки. Передаваемые вниз протоколом Сетевого уровня данные включают первоначальное сообщение, созданное приложен
Контрольная последовательность кадра
Последние 4 байта кадра, следующие за полем данных (и дополнением, если оно есть), содержат значение контрольной суммы, которое принимающий узел задействует для определения целостности пакета. Непо
Кадр Ethernet II
Назначение 2-байтового поля, следующего за адресом отправителя, в форматах кадров двух господствующих стандартов Ethernet различается. В то время кадр 802.3 использует это поле для указания длины
Поле управления
Поле управления в заголовке LLC указывает на тип сервиса, необходимого для данных в PDU и функций пакета. В зависимости от того, какой сервис нужно предоставить, поле управления может быть длиной 1
Применения LLC
В некоторых случаях кадры LLC играют незначительную роль в процессе сетевого обмена данными. Например, в сети, использующей TCP/IP наряду с другими протоколами, единственная функция LLC может заклю
Заголовок SNAP
Из-за того, что кадр 802.3 не имеет поля Ethertype, принимающая система обычно не в состоянии определить, какой из протоколов Сетевого уровня должен получить входящие данные. Это не является пробле
Средства Физического уровня
Коаксиальный кабель убран из стандарта, Fast Ethernet использует только UTP или оптоволоконный кабель (хотя экранированная витая пара (STP) также присутствует в качестве одного из вариантов). Средс
Gigabit Ethernet
Под общим названием lOOOBaseX объединяются три варианта Физического уровня для Gigabit Ethernet, определенные в документе 802.3z: два для оптоволоконного кабеля и один для медной среды передачи. Д
LOOOBaseCX
В оригинальном документе 802.3z присутствует только один стандарт для медной кабельной системы. lOOOBaseCX предназначен исключительно для коротких линий связи (до 25 м), таких как соединения внутри
LOOOBaseT
Хотя это и не включено в стандарт 802.3z, но одной из первоначальных целей команды, разрабатывающей Gigabit Ethernet, была поддержка стандартного кабеля UTP категории 5 с длиной соединений длиной
Ограничения длины кабеля
Вследствие того, что скорость работы 100 Мбит/с сети в десять раз выше, ограничения для кабельной сети Fast Ethernet строже, чем для классического Ethernet. В силу сказанного стандарт Fast Etherne
Конфигурации концентраторов
Так как предельно допустимая длина для сегмента 100BaseTX составляет те же 100 м, что и для lOBaseT, ограничения на общую длину сети сказываются на конфигурации ретранслирующих концентраторов, испо
Вычисления временных соотношений для Fast Ethernet
Как и в стандартах оригинального Ethernet, эти нормативы кабельной сети есть не более, чем правила, которые задают ограничения общего размера сети Fast Ethernet. Можно выполнить более точные вычисл
Вычисление времени кругового обращения сигнала
Процесс вычисления времени кругового обращения сигнала так же, как и в вычислениях для классического Ethernet, начинается с определения наихудшего маршрута через сеть. Как и раньше, если в сети пр
Вычисление значения задержки кабеля
Значения задержек для различных типов кабеля, приведенные в табл. 8.13, базируются только на классе кабеля. Если1 есть желание достигнуть в вычислениях еще более высокой точности, а так
Автоматическое согласование
Сейчас фактически все продаваемые адаптеры Fast Ethernet являются двух-скоростными устройствами, то есть могут передавать данные со скоростью 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Это помогает упростить процесс
Модернизация сети Ethernet
Два наиболее типичных вида модернизации, производимых в сети Ethernet — это добавление новых компьютеров и переход на Fast Ethernet: Следующие разделы описывают процедуры, входящие в эти виды модер
Модернизация до Fast Ethernet
Вследствие того, что Fast Ethernet очень схож со стандартом Ethernet, модернизация сети от 10 Мбит/с к 100 Мбит/с часто может быть достаточно простым делом. Ключевым решением, упрощающим эту проце
Модернизация сетевых адаптеров и концентраторов
Сегодня фактически все сетевые адаптеры Fast Ethernet — двухскоростные, помимо этого также доступно множество двухскоростных концентраторов. Существующее положение дел предоставляет администратору
Модернизация кабельной системы
В большинстве случаев Fast Ethernet предназначен для использования уже разведенного кабеля UTP. Если проложен кабель категорий 3 или 4, то можно выбрать 100BaseT4, если категории 5 — то 100BaseTX.
Неисправности Ethernet
Неисправности в сети Ethernet часто связаны с возникновением, проблем на Физическом уровне, таких как неисправный кабель или соединение, или, возможно, с нарушением работоспособности платы сетевого
Ошибки Ethernet
Далее рассматриваются некоторые ошибки, которые могут возникнуть в сети Ethernet. Некоторые из них встречаются достаточно часто, в то время как другие сравнительно редки. Выявление этих ошибок обыч
Выявление проблемы
Всякий раз, когда не соблюдена любая из спецификаций Ethernet (или спецификация любого из протоколов), в случае, если возникла проблемная ситуация, первым делом следует обратить внимание на то ме
Новости и инфо для студентов