Локальная сеть Ethernet. Рассмотрим данную сеть подробнее, т.к. она является наиболее распространенной и будет применятся в данном курсовом проекте.
Эфирная сеть, как можно перевести Ethernet, получила свое название от несуществующей субстанции эфира, которой, как считали ученые в прошлом веке, был заполнен вакуум и которая якобы служила средой для распространения света. Однако это технология имеет и более непосредственное отношение к эфиру, точнее, радиоэфиру, так как ее предшественницей была система радиосвязи для разбросанных по Гавайскому архипелагу станций под названием ALOHA. Основываясь на принципах, заложенных в ALOHA, компания Xerox построила свою собственную кабельную сеть с пропускной способностью 2,94 Мбитс для связи 100 компьютеров.
Проект оказался настолько успешным, что Xerox совместно с DEC и Intel разработала затем спецификацию для Ethernet на 10 Мбитс. Позднее эта спецификация легла в основу стандарта 802.3. Этот стандарт отличается от исходной спецификации Ethernet форматом кадров и некоторыми другими деталями, в частности он описывает несколько сред и скоростей передачи, на которые Ethernet изначально не был рассчитан.
Однако название Ethernet столь прочно прижилось, что оно осталось и за официальным стандартом, и за всеми последующими его модификациями. Стандарт 802.3 рассматривает как физический уровень типы кабелей, соединители, кодирование сигнала и т. д так и канальный уровень, точнее, нижний подуровень канального уровня, определяющий метод доступа к среде передачи Media Access Sublayer, MAC. С него мы и начнем рассмотрение Ethernet.
Применяемый в Ethernet метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов Carrier Sense Mupltiple AccessCollision Detect, CSMACD можно описать вкратце следующим образом. Когда какая-либо станция А в сегменте Ethernet хочет передать пакет другой станции Б, она пытается вначале определить, что никакая другая станция в это время ничего не передает в случае, если кабель свободен, станция начинает передачу немедленно.
В противном случае она ждет, пока кабель не освободится. Если две станции начинают передачу одновременно, то происходит конфликт. Обе станции прекращают передачу и ждут случайное время, прежде чем попытаться ее возобновить. Конфликт может быть определен по увеличению мощности или ширины импульса регистрируемого сигнала по сравнению с соответствующими характеристиками переданного сигнала. Допустим, две станции начали передачу одновременно, посчитав, что канал свободен. Сколько времени им потребуется, чтобы понять, что помимо них передачу осуществляет еще и другая станция Как минимум, это время распространения сигнала от одной станции до другой.
Однако даже если станция не зафиксировала конфликта в течение времени распространения сигнала по кабелю между двумя самыми удаленными станциями, это еще не означает, что она избежала конфликта и заняла кабель. Рассмотрим такую ситуацию. Одна из наиболее удаленных станций начинает передачу. Вторая наиболее удаленная станция получит сигнал только через время t, поэтому, не обнаружив передачи, она начинает свою собственную в момент t-e. Конечно, вторая станция тут же обнаружит конфликт через время t и прекратит передачу, однако первой станции это уже не поможет к тому же она обнаружит конфликт только через время 2t-e. Таким образом, в общем случае время обнаружения конфликта равно времени распространения сигнала от одной самой удаленной станции до другой самой удаленной станции, и обратно. Только по истечении этого времени станция может быть уверена, что она заняла кабель.
Данная характеристика - время разрешения конфликта - имеет огромное значение для эффективности протокола, в частности во многом именно она определяет ограничения на протяженность кабеля в сегменте Ethernet.
Обнаружение конфликта представляет собой аналоговый процесс. Аппаратное обеспечение станции должно во время передачи продолжать слушать кабель с целью выявления конфликта. Если сигнал, который станция регистрирует, отличается от передаваемого ею, то на этом основании станция определяет, что произошел конфликт.
Как следствие, кодирование сигнала должно позволять установить наличие конфликта например, наложение двух сигналов напряжением 0 В зарегистрировать не представляется возможным. По этой причине в Ethernet применяется специальное кодирование сигнала. Манчестерское кодирование Прямое двоичное кодирование нулевого бита нулевым напряжением 0 В и единичного бита ненулевым напряжением 5 В не применяется, помимо прочего, из-за того, что оно ведет к неоднозначности.
В частности, строку бит 00001000 становится невозможно отличить от строки 10 ввиду отсутствия различий между свободной линией 0 В и нулевым битом также 0 В. Следовательно, каким-то образом принимающая сторона должна иметь возможность определить начало и конец любого бита безотносительно внутреннего тактового генератора. Это позволяет сделать манчестерское кодирование и дифференциальное манчестерское кодирование.
При манчестерском кодировании каждый интервал времени, который занимает передача одного бита, разделен на два равных подинтервала. Единичный бит кодируется высоким напряжением в продолжении первой половины интервала и низким напряжением в течение второй его части, а нулевой бит кодируется противоположным образом. Изменение напряжения в середине интервала облегчает принимающей стороне синхронизацию с передающей станцией. Дифференциальное манчестерское кодирование представляет собой разновидность обычного манчестерского кодирования.
В этом случае единичный бит характеризуется отсутствием изменения напряжения по сравнению с уровнем напряжения во второй половине предшествующего бита. Изменение напряжения в начале бита означает, что это нулевой бит. Недостаток схемы манчестерского кодирования очевиден - оно требует вдвое большей пропускной способности, чем прямое кодирование. Однако вследствие своей простоты манчестерское кодирование используется в 802.3. Уровень напряжения составляет 0,85В и -0,85В, причем в силу принятой схемы кодирования постоянные токи в кабеле не могут возникнуть в принципе.
Разновидности ETHERNET В качестве физической среды передачи стандарт для Ethernet на 10 Мбитс определяет тонкий и толстый коаксиальный кабель, витую пару и даже оптоволокно. Вкупе с прочими факторами такое разнообразие возможных сред передачи немало способствовало росту популярности Ethernet. Ниже мы рассмотрим вкратце спецификации Ethernet на 10 Мбитс. 10Base5. Как и изначальная версия Ethernet, эта спецификация в качестве среды передачи предусматривает толстый коаксиальный кабель на 50 Ом с двумя оболочками. По этой причине в англоязычной литературе ее иногда еще называют Thicknet и толстым Ethernet.
Каждый коаксиальный кабель в сети образует отдельный сегмент. Протяженность сегмента не может превышать 500 м, а число узлов - 100, причем отрезок кабеля между соседними узлами должен быть не менее 2,5 м. Это позволяет уменьшить вероятность отражений и появления стоячих волн. Как правило, производители предусматривают соответствующую разметку кабеля в целях упрощения идентификации мест, где станция может быть подключена к сегменту.
Контроллер станции, т. е. сетевая плата, подключается к кабелю с помощью трансиверного кабеля и трансивера см. Рисунок 13. Длина трансиверного кабеля не должна превышать 50 м. В 10Base5 узел подключается к кабелю с помощью трансивера и трансиверного кабеля. 10Base2. Спецификация предусматривает использование тонкого коаксиального кабеля RG-58 с характеристическим импедансом 50 Ом, а также соединителей типа BNC-T, подключаемых к контроллеру Ethernet напрямую см. Рисунок 14. Это исключает необходимость применения дорогостоящих трансивера и трансиверного кабеля, а также выполнение самой операции по подключению трансивера к кабелю. Данный стандарт известен так же, как Cheapernet, Thinnet или тонкий Ethernet.
Протяженность сегмента ограничена расстоянием 185 м, а число узлов - 30. Кроме того, Cheapernet более подвержена шумам, в частности от радиосигналов.
Тем не менее эта намного более дешевая, чем 10Base5, разновидность Ethernet была в свое время, несмотря на присущие ей ограничения, весьма популярна. В 10Base2 узел подключается к кабелю напрямую с помощью соединителя BNC-T. 10BaseT. Данная разновидность Ethernet в настоящее время, вероятно, наиболее распространена. Буква T в названии означает, что средой передачи является неэкранированный кабель на основе витой пары Unshielded Twisted Pair, UTP. Спецификация предусматривает использование концентратора для подключения пользователей по физической топологии звезда.
Применение дешевых кабелей UTP является одним из основных преимуществ 10BaseT над 10Base2 и 10Base5. Подключение узлов к сети осуществляется с помощью модульных настенных телефонных гнезд RJ-45 и RJ-11 и четырехпарного телефонного кабеля UTP, причем соединитель RJ-45 вставляется напрямую в сетевую плату. Протяженность отрезка кабеля от концентратора до станции не должна превышать 100 м в случае UTP Категории 3 или 150 м в случае UTP Категории 5. В 10BaseT узлы подключаются к концентратору по физической топологии звезда.
Данная спецификация и будет применена для работы интернет-кафе. 10BaseF. Принятая относительно недавно, эта спецификация предусматривает использование в качестве среды передачи оптический кабель. Естественно, это весьма дорогостоящая разновидность Ethernet, и не столько из-за стоимости самого кабеля, сколько из-за дороговизны соединителей и терминаторов. Однако она не чувствительна к электромагнитным помехам и позволяет связывать по Ethernet здания и далеко отстоящие друг от друга концентраторы.
Каждая из разновидностей Ethernet предусматривает те или иные ограничения на протяженность сегмента кабеля. Для создания более протяженной сети несколько кабелей может быть соединено с помощью повторителей. Повторитель представляет собой устройство физического уровня. Он принимает, усиливает и передает сигнал дальше в обоих направлениях таким образом, повторитель полностью прозрачен для кадров Ethernet.
С точки зрения программного обеспечения последовательность кабельных сегментов, связанных повторителями, ничем не отличается от одного кабеля. Сеть может содержать несколько сегментов кабеля и несколько повторителей, но никакие два узла не должны отстоять друг от друга на расстояние свыше 2,5 км, а путь между ними - пролегать более чем через четыре повторителя.