Počítačové sítě 11. Ethernet © Milan Keršlágerhttp:// Obsah: ●

Obsah ● Přístup k médiu, standardy IEEE ● Ethernet ● přístupová metoda, rámce ● žlutý kabel (yellow cable, tlustý Ethernet) ● koaxiál (tenký Ethernet), kroucená dvojlinka ● Fast Ethernet, Gigabitový Ethernet ● TokenBus, TokenRing ● FDDI, X.25 ● Frame Relay, ATM

MAC – Meduim Acces Level ● fyzická adresa síťového rozhraní ● 6 oktetů, z toho 3 oktety kód výrobce ● podvrstva přístupu k médiu ● důležité u sdílených kanálů (téměř všechny LAN) ● typy přístupu k médiu: ● statický přístup k médiu – dobré pro ustálený pravidelný provoz – jinak plýtvání ● dynamický přístup k médiu – bude rozebráno dále

Dynamický přístup k médiu ● Aloha protokoly (klasická a dávková) ● 1970, University of Hawai ● CSMA, CSMA/CD (používá Ethernet) ● N nezávislých stanic ● pravděpodobnost vysílání konstantní ● sdílí společné médium ● problém kolizí ● nepřetržitý nebo dávkovaný čas ● detekce kolize během nebo i před vysíláním

IEEE 802.x ● úvod, služby rozhraní vyšších vrstev ● vyšší část spojové vrstvy, sjednocuje, LLC (řízení logiky spoje) ● CSMA/CD + Ethernet → 1980 Digital, Intel a Xerox ● je obecnější a nekompatibilní ● 802.3u - Fast Ethernet ● 802.3z - Gigabit Ethernet ● TokenBus (logický kruh) ● TokenRing (fyzický kruh) ● metropolitní sítě, širokopásmové sítě ● optické sítě, integrace dat s hlasem ● bezpečnost v lokálních sítích ● bezdrátové sítě, VG-AnyLAN

Ethernet

● 1976 – Xerox → 3 Mbps ● 1983 – StarLAN → 1 Mbps ● poprvé použita kroucená dvojlinka (tel. rozvody) ● charakteristika: ● nevhodný pro trvalé přísuny dat – vhodné však pro LAN (zajímavý je nejlepší případ) ● všichni slyší (broadcastová síť) ● různé typy přenosových médií ● přístupová metoda CSMA/CD ● laciné, pružné → velmi oblíbené

CSMA/CD ● Carrier Sense, Multiple Access, Collision Detect ● nedeterministický (náhodný) přístup k médiu ● důležitý je nejlepší případ ● jak to funguje: ● kdo chce vysílat, nejprve naslouchá ● je-li médium prázdné, začne vysílat ● během vysílání kontroluje linku ● dojde-li ke kolizi, vyšle signál JAM ● všichni přestanou vysílat ● po náhodné době to zkusí znovu ● pokud se to nepovede 16x, ohlásí chybu

Typy rámců ● ● jen IPX/SPX ● ● jen IPX/SPX ● Ethernet SNAP ● příliš se nepoužívá ● Ethernet II ● umí mnoho protokolů ● místo položky délka rámce je v hlavičce označení protokolu přenášeného v datové části (rozdíl proti IEEE) ● IPX/SPX, TCP/IP a další ● průmyslový standard

Struktura Ethernetového rámce ● jediné, čemu Ethernetová karta rozumí ● vyšší protokoly se umisťují do datové části rámce ● formát rámce: – P- Preamble ( )8 oktetů – DST - Destination Address 6 oktetů – SRC- Source Address 6 oktetů – FT- Frame Type* 2 oktety – data- Frame Data oktetů – CRC- Cyclic Redundancy Check4 oktety – délka: min. 64 max., max oktetů – * u Ethernet II, jinak délka rámce

Ethernetové technologie ● tlustý Ethernet ● jen koaxiál ● Ethernet 10 Mbps ● přidána strukturovaná kabeláž ● Ethernet 100 Mbps ● bez varianty s koaxiálem ● Ethernet 1 Gbps ● bezkolizní → jen switche ● Ethernet 10 Gbps

Strukturovaná kabeláž ● konektory RJ45 ● myšlenka využití telefonních rozvodů (v USA) ● kroucením páru vodičů se zlepšují vlastnosti ● → „kroucená dvojlinka“ ● nelze odbočky → dvoubodové spoje – aktivní přepojovací prvky (IMP: hub, switch) ● kabely: UTP (nestíněný), STP (stíněný) ● stromová topologie ● při poruše vypadne jen jeden spoj

Tlustý Ethernet ● též Yellow Cable („žlutý kabel“) ● historická záležitost ● koaxiál 50 Ohmů, 10 Mbps, vampíří přípoje ● průměr 10 mm, poloměr ohybu 25 cm ● max 500 m délka segmentu ● max 100 stanic na segmentu ● min 2,5 m mezi odbočkami ● max 50 m délka AUI kabelu

Ethernet 10 Mbps – koaxiál ● 10 Mbps, stavebnice ● „téčka“, BNC konektory, EAD zásuvky ● jednoduché, pružné, levné ● koaxiál 50 Ohmů, průměr 5 mm, ohyb 5 cm ● trasceivery přímo na síťové kartě ● max 185 m délka segmentu ● min 0,5 m mezi síťovými rozhraními ● max 30 počítačů na segmentu ● rozpojení fatální, náchylné na poruchy

Ethernet 10 Mbps – TP ● používá kroucenou dvojlinku ● dvoubodové spoje ● TP kabel alespoň kategorie 3 ● nezáleží na UTP či STP (ochrana proti rušení) ● max. 100 metrů ● aktivní rozbočovací prvky ● hub – max. přes 3 (a 5 m spojovacích kabelů) ● switch – dělí kolizní doménu → neomezeno

Ethernet 100 Mbps ● potřeba zvýšení rychlosti ● Grand Juction Networks, 3Com, Intel, SMC, Sun,... – FastEthernet: 100BaseT, IEEE 802.3u ● pouhé zvýšení rychlosti, zachování CSMA/CD ● omezení délky totožné s 10 Mbps UTP ● jen kroucená dvojlinka a optika (již ne koaxiál) ● nutno kabely třídy 5 ● nejrozšířenější a vítězná technologie ● zanikl 100VG (HP, AT&T) a 100VG AnyLAN (HP, IBM)

Ethernet 1 Gbps ● 1995, v roce 1998 první výsledky ● ale velká opatrnost výrobců po neúspěchu 100VG ● IEEE 802.3z ● UTP či STP alespoň kategorie 5e – full duplex → jen switche – využity všechny 4 páry ● renesance koaxiálu 150 Ohmů (25 m) – half duplex → drastické zkrácení (stíhání kolizí) – nepoužívá se ● optika

Alternativní technologie v LAN ● ARCNET ● TokenBus ● TokenRing ● FDDI ● Frame Relay ● ATM

ARCNET ● 1976 – firma Datapoint ● deterministické – používá token – doručuje potvrzení, nevysílá když příjemce nepřijímá ● konkurent 10 Mbps Ethernetu ● umožňoval zapojení do sběrnice i hvězdy ● aktivní i pasivní rozbočovací prvky ● délka koaxiálu mezi aktivními prvky až 610 metrů ● MAC adresa 8 bitů (ručně nebo automaticky) ● podlehl jednoduššímu Ethernetu

TokenBus ● IBM, IEEE ● pro průmyslové aplikace ● důležitý je nejhorší případ ● 4 úrovně priorit (nejprve prioritní rámce) ● deterministický přístup k médiu ● logicky kruh, fyzicky sběrnice – každá stanice zná své sousedy – předávají si TOKEN – právo vysílat – problematika vstupu a výstupu z kruhu a řešení neobvyklých situací (výpadek stanice, ztráta nebo zdvojení tokenu,...) – různé druhy kabeláže i rychlostí

TokenRing ● opět IBM, IEEE 802.5, fyzický kruh ● složeno z dvoubodových spojů, deterministický přístup k médiu ● koncentrátor rozpojuje spínači napájenými ze sběrnice kruh, pokud stanice vysílá, pokud jen poslouchá, zpoždění 1 bit, celkové zpoždění musí být větší, než délka tokenu, omezená doba držení tokenu (jinak token obíhá kruh) ● nejprůchodnější technologie, ale ta cena! ● 4 Mbps (rámec max oktetů) ● 16 Mbps (rámec max. 18 kB) ● 100 Mbps, 1 Gbps

FDDI ● definuje ISO 9314 (mezin. norma, ne IEEE) ● inspirováno TokenRingem ● optika, rychlost 100 Mbps, obvykle páteř ● dva protiběžné kruhy (primární a sekundární, ● buď jako záložní nebo zvýšení propustnosti) ● max 1000 zařízení (již pomalé obíhání tokenu) ● stanice měří TRT (Token Rotation Time) - pokud velký, je kruh zatížen a smí se přenášet jen data s vysokou prioritou

Frame Relay ● následník X.25, v USA 1986 ● „rámcová komunikace“, „převádění rámců“ ● pův. součást ISDN, 1989 samostatný (ANSI) ● rychlosti 64 kbps, 2.048, 35, 45 a 52 Mbps ● rámce max oktetů, jen detekce chyb (bez oprav) ● závazná propustnost ● zákazník nemusí vědět podrobnosti

ATM (1) ● další krok od X.25 a Frame Relay ● rychlosti 1.5 až 622 Mbps (dle elektr. technologií) ● základní myšlenky: ● snaha o univerzální technologii - audio, video, data ● dvoubodové spoje, optika ● přenos malých buněk pevné délky (53 oktetů) ● vysoká režie (až 1/3) ● pracuje na linkové úrovni, spojové služby ● velmi nákladné a složité, velkým konkurentem je jednoduchý Gigabitový Ethernet

ATM (2) ● TP - Transmition path – propojuje sousední zařízení ● VP - Virtual path – svazek VC, jednosměrný ● VC - Virtual channel – jednosměrný tok buněk ● adaptační vrstva pro vyšší síťové vrstvy ● problematický broadcasting (spec. servery) a skupinové vysílání, velmi nákladné ● vše se řeší nákupem dalšího (nového) HW ● virtuální kanály, zaručení propustnosti, QoS,...