Курс лекцій „Комп’ютерні мережі

Вид материала

Курс лекцій

Содержание 10-мегабітні версії Ethernet. (Legacy Ethernet) 100-мегабітні версії Ethernet. (Fast Ethernet) 1000-мегабітні версії Ethernet. (Gigabit Ethernet)

Подобный материал:

• 1. Комп’ютерні мережі Тема Комп’ютерні мережі, 56.68kb.
• Робоча програма з дисципліни " Комп’ютерні мережі" (за вимогами кмсонп) Освітньо-кваліфікаційний, 251.7kb.
• Навчальна програма дисципліни Комп’ютерні мережі в системах управління Напрям підготовки, 70.88kb.
• Програма фахового вступного випробування для навчання за освітньо-кваліфікаційним рівнем, 138.81kb.
• Програма фахового вступного випробування для навчання за освітньо-кваліфікаційним рівнем, 132.16kb.
• Робоча навчальна програма навчальної дисципліни " Системне програмне забезпечення", 184.72kb.
• Способи передачі даних в мережі Internet (на прикладі електронної пошти), 408.96kb.
• Ютерні системи та мережі” Спеціалізація: Комп’ютерні засоби інформатики, 203.69kb.
• Питання на Державний іспит зі спеціальностей 091. 501 "комп’ютерні системи та мережі",, 111.96kb.
• Правила побудови адреси в мережі Internet, 9.49kb.

SFF – Start Frame Field, поле початку кадру

Address – адреси відправника та отримувача

Type/Length – поле типу кадру/довжини кадру (залежно від конкретної реалізації технології)

Data – поле даних

FCS – Frame Check Sequence, перевірочна послідовність кадру.

Більшість кадрів, крім загальних, містять ще певні спеціалізовані поля. У деяких технологіях поле довжини містить точну довжину кадру у байтах; у інших воно замінене полем типу кадру, яке вказує на протокол мережевого рівня, який надіслав цей кадр.

Формат кадру ІЕЕЕ 802.3 (розмір у байтах):

Preamble 7	SFD 1	Destination 6	Source 6	Length/Type 2	Data	Pad	FCS 4
					46-1500

Формат кадру Ethernet ІІ:

Preamble 8	Destination 6	Source 6	Type 2	Data	Pad	FCS 4
				46-1500

Preamble преамбула, синхронізуюча послідовність нулів та одиниць. Використовувалася для часової синхронізації у асинхронних 10-мегабітних та повільніших версіях Ethernet. У більш пізніх синхронних не є необхідною, але залишено для сумісності.

SFD однобайтна послідовність 10101011, яка означає закінчення синхронізуючої інформації та початок кадру.

У Ethernet версії ІІ ці два поля об’єднані у єдину синхронізуючу послідовність.

Destination адреса отримувача.

Source адреса відправника.

Length/Type комбіноване поле довжини/типу. Якщо значення поля менше 1536 (0х600 у шістнадцятковому форматі), поле означає кількість байт, що слідують за ним; якщо більше або рівне – тип протоколу верхнього рівня.

Дане поле у ранніх версіях Ethernet означало лише довжину кадру, а у Ethernet DIX – лише тип. Пізніше було скомбіноване у зв’язку із необхідністю визначення обох параметрів.

Data/Pad поле даних. Розмір поля повинен бути між мінімальним та максимальним значеннями; якщо реальний вміст інформації менший від мінімального дозволеного, поле доповнюється заповнювачем (padding).

FCS контрольна сума. Обчислюється отримувачем кадру та порівнюється із вмістом поля. Якщо значення не співпадає, кадр вважається невірно прийнятим та відкидається.

Мережі Ethernet можуть працювати у двох режимах залежно від конкретної технології:

• напівдуплексний режим (тільки прийом інформації або тільки передача інформації)
  
• повнодуплексний режим (прийом і передача одночасно).
  

При роботі в повнодуплексному режимі роботи колізій не буває.

10-мегабітні версії Ethernet є асинхронними. Це означає, що кожна отримуюча станція буде використовувати 8-байтну синхронізуючу послідовність для того, щоб підготувати схеми для отримання інформації. Ця послідовність є службовою і не розглядається як смислова частина кадру. 100-мегабітні і більш швидкісні реалізації Ethernet є синхронними – для них синхронізуюча послідовність не потрібна, але для сумісності вона присутня у кадрі.

Для всіх реалізацій Ethernet на швидкості 1000 Мб/с та нижче стандарти описують, що час передачі кадру мінімальної довжини не може бути меншим від слот-тайму. Для 10- і 100-Мб Ethernet слот-тайм становить 512 біт-таймів, або 64 октети. Для 1000-Мб Ethernet слот-тайм становить 4096 біт-таймів, або 512 октетів. Фактично, слот-тайм визначає кількість часу, необхідну для проходження інформації між двома найдальшими точками домену колізій, виникнення колізії та повернення колізійного фрагменту до передавача.

Мінімальний проміжок часу, який повинен пройти між передачею двох послідовних кадрів у мережі, називається міжкадровим інтервалом (interframe spacing). Для всіх реалізацій Ethernet значення цього параметру становить 96 біт-таймів.

Колізії, як правило, трапляються, коли 2 або більше Ethernet станцій починають одночасну передачу інформації в межах єдиного домену колізій. Одинична колізія – це колізія, яка визначається на першій спробі передачі кадру, але наступні спроби є успішними. Множинна колізія означає, що один і той же кадр потрапляє в колізію постійно кілька разів перед успішною передачею. Результатом колізії є частково або повністю зруйнований кадр довжиною менше ніж 64 октети із невірною контрольною сумою.

Існує 3 типи колізій:

• місцеві (local)
  
• віддалені (remote)
  
• пізні (late).
  

На UTP кабелі місцева колізія визначається, коли станція детектує сигнал на приймаючій парі під час передачі (при роботі у напівдуплексному режимі). Якщо станція не передає інформацію, вона не може визначити місцеву колізію. Надмірні перехресні наводки можуть спричинити ситуацію, при якій станція сприйме за колізію свій власний сигнал. На коаксіальному кабелі місцева колізія результує у надмірному рівні напруги.

Характеристиками віддаленої колізії є поява кадру меншого за мінімальний, із неправильною контрольною сумою, але при відсутності ознак місцевої колізії. Цей тип колізій, як правило, трапляється на дальньому кінці з’єднання при наявності проміжних пристроїв. Такі пристрої (повторювачі) не передають надмірний рівень напруги та не можуть спричинити наявність сигналу на передаючій і приймаючій парі. У мережах на основі UTP це найбільш розповсюджений тип колізій.

Колізії, які трапляються після передачі перших 64 байт кадру, називаються пізніми. Ethernet адаптер автоматично намагається повторити передачу кадру, який потрапив у нормальну колізію, але пізні колізії обробляються протоколами верхніх рівнів.

23

10-мегабітні версії Ethernet. (Legacy Ethernet)

Часові параметри 10-мегабітних версій мереж Ethernet:

Параметр	Значення
Біт-тайм (Bit Time)	100 нсек
Слот-тайм (Slot Time)	512 біт-таймів
Міжкадровий проміжок (Interframe Spacing)	96 біт-таймів
Кількість спроб передачі (Collision Attempt Limit)	16
Кількість спроб збільшення часу очікування (Collision Backoff Limit)	10
Розмір кадру-заглушки (Collision Jam Size)	32 біти
Максимальний розмір кадру	1518 байт
Мінімальний розмір кадру	512 біт (64 байти)

Для всіх версій 10-Мб Ethernet співпадають наступні параметри:

- часові параметри;

- формат кадру;

- процес передачі даних;

- базові правила проектування мережі.

У напівдуплексному режимі роботи використовується SQE (Signal Quality Error) – сигнал, який стає активним у наступних випадках:

- в межах від 4 до 8 мікросекунд після нормальної передачі для того, щоб показати, що вихідний кадр успішно передано;

- під час колізії;

- під час появи неправильного сигналу на лінії;

- після переривання передачі.

Всі 10-Мб технології Ethernet використовують лінійне кодування – процес, який визначає, як саме двійкові 0 і 1 кодуються електрично у середовищі. В якості лінійного коду використовується Манчестерський. Манчестерське кодування для визначення значення біта покладається на напрямок фронту імпульсу всередині періоду. При передачі двійкового 0 відбувається перехід зверху вниз, при 1 – знизу вверх.



Рис.1.6.2. Приклад Манчестерського кодування

10-мегабітні версії мереж Ethernet включають:

10Base-5 – стандарт, який відповідає експериментальній мережі Ethernet. Він використовує в якості середовища передачі даних коаксіальний кабель з діаметром центрального мідного проводу 2,17 мм та зовнішнім діаметром біля 10 мм (товстий коаксіал). Сегмент коаксіалу має максимальну довжину 500 м (без повторювачів) та повинен мати на кінцях узгоджуючи термінатори опором 50 Ом, які завадять виникненню відбитих сигналів. Обмін даними здійснюється у напівдуплексному режимі. Станція підключається до кабеля з допомогою прийомопередавача – трансивера, який встановлюється безпосередньо на кабелі і живиться від мережного адаптера комп’ютера. Трансивер з’єднується з мережним адаптером інтерфейс ним кабелем AUI (Attachment Unit Interface) довжиною до 50 м. Допускається підключення до одного сегменту не більше 100 трансиверів, при чому відстань між підключеннями повинна бути не менше 2,5 м.

Р
ис. 1.6.3. Компоненти фізичного рівня стандарту 10Base-5

Трансивер – це частина мережного адаптера, яка виконує наступні функції:

• прийом і передача даних з кабеля і на кабель;
  
• визначення колізій на кабелі;
  
• електрична розв’язка між кабелем та рештою адаптера;
  
• захист кабеля від некоректної роботи адаптера.
  

Останню функцію часто називають контролем балакучості (jabber control). При виникненні несправностей в адаптері може виникнути ситуація, коли на кабель буде неперервно видаватися послідовність випадкових сигналів, що заблокує роботи всієї мережі. Для уникнення таких ситуацій при перевищенні максимальної допустимої довжини кадру трансивер від’єднує вихід передавача від кабеля.

До переваг стандарту 10Base-5 відносяться:

- добра захищеність кабелю від зовнішніх перешкод;

- порівняно велика відстань між вузлами;

- можливість простого переміщення станції в межах кабелю AUI.

Його недоліками є:

- висока вартість кабелю;

- складність його прокладки через високу жорсткість;

- наявність спеціальних інструментів для обробки кабелю;

- при пошкодженні кабелю або поганому з’єднанні зупиняється робота всієї мережі;

- необхідно заздалегідь передбачити підведення кабелю до всіх можливих місць установки комп’ютерів.

10Base-2 – передача даних на швидкості 10 Мб/с через тонкий коаксіальний кабель з діаметром центрального мідного провода 0,89 мм та зовнішнім діаметром 5мм (тонкий коаксіал). Максимальна довжина сегменту – 185 метрів; максимальна кількість користувачів на один сегмент – 30; мінімальна відстань між користувачами – 0,5 м. Дозволяється використовувати до 4 повторювачів для подовження сегменту. Станції під’єднуються до кабеля з допомогою Т-коннектора, який має 3 контакти: 2 з’єднуються з двома кінцями розриву кабелю, а 3-й під’єднується до мережевого адаптера.

Р
ис.1.6.4. Мережа стандарту 10Base-2


Спільним недоліком стандартів 10Base-5 та 10Base-2 є відсутність оперативної інформації про стан моно каналу. Пошкодження кабелю проявляється зразу ж, але для пошуку пошкодженого відрізку кабелю необхідно мати спеціальні прилади.

1
0Base-T – стандарт прийнято у 1991 році як доповнення до існуючих. Використовує в якості середовища передачі даних подвійну неекрановану виту пару. З’єднання станцій здійснюються з допомогою концентруючого пристрою. Стандарт визначає максимальну відстань відрізка витої пари між двома безпосередньо зв’язаними вузлами не більше 100 м при використанні витої пари не нижче 3-ї категорії.

Рис. 1.6.5.Мережа 10Base-T

Загальна кількість станцій в мережі 10Base-T не повинна перевищувати 1024.

Режим роботи мережі – напів- чи повнодуплексний залежить від вибору користувача. При роботі у повнодуплексному режимі пропускна здатність мережі зростає до 20Мб/с.

10Base-F – стандарт, який в якості середовища використовує оптоволокно. Функціонально мережа складається із тих же елементів, що і 10Base-Т – мережевих адаптерів, концентруючого пристрою та відрізків кабелю. Використовується два оптоволокна – одне з’єднує вихід Тх адаптера з входом Rx повторювача, а інше - вхід Rx адаптера з виходом Тх повторювача.

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) – це перший стандарт комітету 802.3 для використання оптоволокна у мережах Ethernet. Він гарантує довжину зв’язку між повторювачами до 1 км при загальній довжині мережі не більше 2500 м. Максимальна кількість повторювачів – 4.

Стандарт 10Base-FL призначена для з’єднання кінцевих вузлів з концентратором і працює з сегментами оптоволокна довжиною не більше 2000 м при загальній довжині мережі не більше 2500 м. Максимальна кількість повторювачів – 4.

Стандарт 10Base-FB призначений для магістрального з’єднання посторювачів. Він дозволяє мати у мережі до 5 повторювачів при максимальній довжині одного сегмента 2000 м та максимальній довжині мережі 2740 м. Два останні стандарти несумісні між собою.

24

100-мегабітні версії Ethernet. (Fast Ethernet)

Часові параметри 100-мегабітних версій мереж Ethernet:

Параметр	Значення
Біт-тайм (Bit Time)	10 нсек
Слот-тайм (Slot Time)	512 біт-таймів
Міжкадровий проміжок (Interframe Spacing)	96 біт-таймів
Кількість спроб передачі (Collision Attempt Limit)	16
Кількість спроб збільшення часу очікування (Collision Backoff Limit)	10
Розмір кадру-заглушки (Collision Jam Size)	32 біти
Максимальний розмір кадру	1518 байт
Мінімальний розмір кадру	512 біт (64 байти)

Для всіх версій 100-Мб Ethernet співпадають наступні параметри:

- часові параметри;

- формат кадру;

- процес передачі даних.

У 100-Мб версіях Ethernet час передачі одного біта значно менший, ніж у попередніх, відповідно частота сигналу у лінії зросла. За рахунок цього сигнал є більш сприйнятливим до зовнішніх шумів та наводок. Для забезпечення чистоти сигналу його лінійне кодування виконується у два етапи. Перший етап використовує схему кодування 4В/5В, при якій 4 інформаційні біти кодуються 5-ма кодовими. На другому етапі використовується схема лінійного кодування, специфічна для певного середовища передачі даних.

100Base-Fx – ця специфікація визначає роботу протоколу Ethernet по багатомодовому оптоволокну у напів- та повнодуплесному режимах на основі схем кодування та передачі оптичних сигналів, які використовуються у стандарті FDDI. Максимальна довжина сегменту при цьому становить 412 м при роботі у напівдуплексному режимі роботи і 2 км – при роботі у повнодуплексному. Кожен вузол з’єднується з мережею двома оптичними волокнами, які йдуть від приймача (Rx) і від передавача (Tx). В якості схеми логічного кодування використовується метод 4В/5В, лінійного – метод NRZI (Non Return to Zero Invert to ones), метод без повернення до нуля з інвертуванням для одиниць. Цей метод представляє собою модифікацію простого потенціального методу кодування, який називається Non Return to Zero (NRZ), коли для представлення 1 та 0 використовуються потенціали двох рівнів. У методі NRZI також використовуються два рівні кодування сигналу, але потенціал, який використовується для кодування поточного біта, залежить від потенціала, який використовувався для кодування попереднього біта (так зване диференційне кодування). Якщо поточний біт має значення 1, то поточний біт являє собою інверсію потенціалу попереднього біта, незалежно від його значення. Якщо поточний біт має значення 0, то поточний потенціал повторює попередній.



Рис. 1.6.6. Порівняння методів кодування NRZ і NRZI

Основна перевага методу NRZI порівняно із NRZ у більш надійному розпізнаванні 1 і 0 на лініях в умовах перешкод.

100Base-Tx – стандарт був розроблений у 1990-х роках. В якості середовища передачі даних використовується двохпарна вита пара не нижче 5-ї категорії; максимальна довжина сегменту – 100 м. В якості лінійного кодування – схема MLT-3 (multi-level transmit 3-level). Цей метод використовує потенціальні сигнали двох полярностей для представлення 5-бітних порцій інформації.



Рис.1.6.7. Метод кодування MLT-3

100Base-T4 – специфікацію було розроблено для того, щоб можна було використовувати для високошвидкісного Ethernet існуючу проводку на витій парі 3-ї категорії. Ця специфікація використовує всі 4 пари кабелю для того, щоб підвищити загальну пропускну здатність за рахунок одночасної передачі потоків біт по кількох витих парах. Замість кодування 4В/5В в цьому методі використовується кодування 8В/6Т – кожні 8 біт інформації МАС-рівня кодуються 6-ма трійковими цифрами (ternary symbols). Ці групи незалежно і послідовно передаються на одну із трьох передаючих пар. Четверта пара завжди використовується для прослуховування несучої на предмет виявлення колізії. Швидкість передачі даних по кожній з трьох пар дорівнює 33,3 Мб/с, тому загальна швидкість протоколу 100 Мб/с при максимальній довжині сегменту 100 м. У той же час через прийнятий спосіб кодування швидкість зміни сигналу на кожній парі рівна всього 25 Мбод, що дозволяє використовувати виту пару категорії 3.




Рис. 1.6.8. Призначення пар у технології 100Base-T4

Режим роботи пристроїв у Fast Ethernet (напів- чи повнодуплексний) визначається у процесі автопереговорів – функції, з допомогою якої два пристрої можуть автоматично вибрати найоптимальніший режим роботи. На даний час визначено 5 різний режимів роботи, які можуть підтримувати пристрої 100Base-Tx або 100Base-T4 на витих парах:

• 10Base-T – 2 пари кат.3;
  
• 10Base-T full-duplex - 2 пари кат. 3;
  
• 100Base-TX - 2 пари кат.5 (або Type 1A STP);
  
• 100Base-TX full-duplex - 2 пари кат. 5 (или Type 1A STP);
  
• 100Base-T4 - 4 пари кат. 3.
  

Режим 100Base-Tx має найнижчий приорітет при переговорному процесі, а режим 100Base-T4– найвищий. Переговорний процес відбувається при ввімкненні живлення пристроїв, а також може бути ініційований у будь-який момент модулем керування.

25

1000-мегабітні версії Ethernet. (Gigabit Ethernet)

Часові параметри 1000-мегабітних версій мереж Ethernet:

Параметр	Значення
Біт-тайм (Bit Time)	1 нсек
Слот-тайм (Slot Time)	4096 біт-таймів
Міжкадровий проміжок (Interframe Spacing)	96 біт-таймів
Кількість спроб передачі (Collision Attempt Limit)	16
Кількість спроб збільшення часу очікування (Collision Backoff Limit)	10
Розмір кадру-заглушки (Collision Jam Size)	32 біти
Максимальний розмір кадру	1518 байт
Мінімальний розмір кадру	512 біт (64 байти)
Максимальний розмір пакету (Burst Limit)	65536 біт