Содержание:
Ethernet - это устройства, подключенные к локальной сети в непосредственной близости.
В современном деловом мире надежный и эффективный доступ к информации стал важным активом в поисках конкурентного преимущества. Карточные шкафы и горы бумаг уступили место компьютерам, которые хранят информацию и управляют ею в электронном виде. Сотрудники, находящиеся на расстоянии тысяч миль друг от друга, могут мгновенно обмениваться информацией, точно так же, как сотни сотрудников в одном месте могут одновременно просматривать данные исследований, хранящиеся в Интернете.
Компьютерные сетевые технологии - это клей, который связывает эти элементы вместе. Общедоступный Интернет позволяет компаниям по всему миру обмениваться информацией друг с другом и со своими клиентами. Глобальная компьютерная сеть, известная как World Wide Web, предоставляет услуги, которые позволяют потребителям покупать книги, одежду и даже автомобили в Интернете или продавать те же самые предметы с аукциона, когда они больше не нужны.
В этой статье мы очень внимательно рассмотрим сеть, и в частности сетевой стандарт Ethernet, чтобы вы могли понять фактическую механику того, как все эти компьютеры подключаются друг к другу.
Прежде чем вдаваться в подробности сетевого стандарта, такого как Ethernet, мы должны сначала понять некоторые основные термины и классификации, которые описывают и различают сетевые технологии - так что давайте начнем!
Технологии глобальной сети (WAN) соединяют меньшее количество устройств, которые могут находиться на расстоянии многих километров друг от друга. Например, если две библиотеки на противоположных концах города захотят поделиться информацией о своем каталоге книг, они, скорее всего, будут использовать технологию глобальной сети, которая может представлять собой выделенную линию, арендованную у местной телефонной компании, предназначенную исключительно для несут свои данные.
По сравнению с глобальными сетями, локальные сети быстрее и надежнее, но технологические усовершенствования продолжают стирать границы. Волоконно-оптические кабели позволили технологиям LAN соединять устройства на расстоянии в десятки километров друг от друга, в то же время значительно повысив скорость и надежность глобальных сетей.
Стандарт Ethernet вырос, чтобы охватить новые технологии по мере развития компьютерных сетей, но механика работы каждой сети Ethernet сегодня проистекает из оригинальной конструкции Меткалфа. Первоначальный Ethernet описывал связь по одному кабелю, используемому всеми устройствами в сети. После того, как устройство было подключено к этому кабелю, оно могло обмениваться данными с любым другим подключенным устройством. Это позволяет сети расширяться для размещения новых устройств, не требуя внесения каких-либо изменений в те устройства, которые уже находятся в сети.
Протоколы
В сети термин протокол относится к набору правил, регулирующих связь. Протоколы для компьютеров то же самое, что язык для людей. Поскольку эта статья на английском языке, чтобы понять ее, вы должны уметь читать по-английски. Точно так же для успешного взаимодействия двух устройств в сети они оба должны понимать одни и те же протоколы.
Поскольку сигнал в среде Ethernet достигает каждого подключенного узла, адрес назначения имеет решающее значение для идентификации предполагаемого получателя кадра.
Например, на рисунке выше, когда компьютер B передает на принтер C, компьютеры A и D все равно будут получать и проверять кадр. Однако, когда станция впервые получает кадр, она проверяет адрес назначения, чтобы узнать, предназначен ли этот кадр для себя. Если это не так, станция отбрасывает фрейм, даже не изучив его содержимое.
Одна интересная особенность адресации Ethernet - это реализация широковещательного адреса. Кадр с адресом назначения, равным широковещательному адресу (для краткости называемый широковещательной рассылкой), предназначен для каждого узла в сети, и каждый узел будет получать и обрабатывать этот тип кадра.
Давайте представим наш сегмент Ethernet в виде обеденного стола, а несколько человек, ведущих вежливую беседу за столом, представим узлы. Термин «множественный доступ» охватывает то, что мы уже обсуждали выше: когда передает одна станция Ethernet, все станции в среде слышат передачу, точно так же, как когда один человек за столом говорит, все присутствующие могут его или ее слышать.
А теперь представим, что вы сидите за столом и хотите что-то сказать. Но сейчас я говорю. Поскольку это вежливый разговор, вместо того, чтобы сразу же говорить и перебивать, вы должны подождать, пока я закончу говорить, прежде чем делать свое заявление. Это та же концепция, которая описана в протоколе Ethernet как определение несущей. Перед передачей станция "слушает" среду, чтобы определить, передает ли другая станция. Если среда тиха, станция определяет, что это подходящее время для передачи.
В нашем разговоре мы можем изящно справиться с этой ситуацией. Мы оба слышим, как другой говорит, в то же время, когда мы говорим, поэтому мы можем остановиться, чтобы дать другому человеку шанс продолжить. Узлы Ethernet также слушают среду во время передачи, чтобы гарантировать, что они являются единственной станцией, ведущей в это время. Если станции слышат свою собственную передачу, возвращающуюся в искаженном виде, как это произошло бы, если бы какая-то другая станция начала передавать свое собственное сообщение в то же время, то они знают, что произошла коллизия. Один сегмент Ethernet иногда называют доменом коллизий потому что никакие две станции в сегменте не могут передавать одновременно, не вызывая коллизии. Когда станции обнаруживают коллизию, они прекращают передачу, ждут произвольное время и пытаются передать, когда они снова обнаруживают тишину в среде.
Случайная пауза и повтор - важная часть протокола. Если две станции сталкиваются при однократной передаче, то обеим придется передавать снова. При следующей подходящей возможности для передачи обе станции, участвовавшие в предыдущем конфликте, будут иметь данные, готовые к передаче. Если они передадут снова при первой возможности, они, скорее всего, будут сталкиваться снова и снова бесконечно. Вместо этого случайная задержка делает маловероятным столкновение любых двух станций более чем несколько раз подряд.
Электрические сигналы распространяются по кабелю очень быстро, но по мере распространения они ослабевают, а электрические помехи от соседних устройств (например, флуоресцентных ламп) могут скремблировать сигнал. Сетевой кабель должен быть достаточно коротким, чтобы устройства на противоположных концах могли четко и с минимальной задержкой принимать сигналы друг друга. Это накладывает ограничение на максимальное расстояние между двумя устройствами (называемое диаметром сети).) в сети Ethernet. Кроме того, поскольку в CSMA / CD только одно устройство может передавать в данный момент времени, существуют практические ограничения на количество устройств, которые могут сосуществовать в одной сети. Подключите слишком много устройств к одному общему сегменту, и конкуренция за среду возрастет. Каждому устройству, возможно, придется ждать чрезмерно долгое время, прежде чем появится возможность передать.
Инженеры разработали ряд сетевых устройств, которые устраняют эти трудности. Многие из этих устройств не относятся к Ethernet, но также играют роль в других сетевых технологиях.
Повторители соединяют несколько сегментов Ethernet, прослушивая каждый сегмент и повторяя сигнал, слышимый в одном сегменте, на каждый другой сегмент, подключенный к повторителю. Проложив несколько кабелей и соединив их с повторителями, вы можете значительно увеличить диаметр вашей сети.
На практике мы знаем, что аналогия не работает в подобных обстоятельствах. В больших группах людей часто происходит одновременное ведение нескольких разных разговоров. Если бы только один человек в переполненном зале или на банкетном обеде мог говорить в любое время, многие люди были бы разочарованы, ожидая возможности поговорить. Для людей проблема заключается в самокоррекции: голоса доносятся только до определенного предела, а ухо умеет выделять конкретный разговор из окружающего шума. Это позволяет нам легко собирать на вечеринке множество небольших групп, беседующих в одной комнате; но сетевые кабели быстро и эффективно передают сигналы на большие расстояния, поэтому естественного разделения разговоров не происходит.
Сети Ethernet столкнулись с проблемами перегрузки по мере их увеличения. Если к одному и тому же сегменту подключено большое количество станций, и каждая из них генерирует значительный объем трафика, многие станции могут пытаться выполнить передачу всякий раз, когда появляется возможность. В этих обстоятельствах коллизии станут более частыми и могут начать подавлять успешные передачи, что может занять чрезмерно много времени. Один из способов уменьшить перегрузку - разделить один сегмент на несколько сегментов, создав таким образом несколько доменов столкновения . Это решение создает другую проблему, поскольку теперь эти отдельные сегменты не могут обмениваться информацией друг с другом.
Чтобы облегчить проблемы с сегментацией, в сетях Ethernet реализованы мосты. Мосты соединяют два или более сетевых сегмента, увеличивая диаметр сети, как это делает ретранслятор, но мосты также помогают регулировать трафик . Они могут отправлять и получать передачи так же, как любой другой узел, но они не работают так же, как обычный узел. Мост сам по себе не создает никакого трафика; как ретранслятор, он отражает только то, что слышит от других станций. (Последнее утверждение не совсем верно: мосты действительно создают специальный фрейм Ethernet, который позволяет им взаимодействовать с другими мостами, но это выходит за рамки данной статьи.)
Помните, как множественный доступ и общая среда Ethernet означали, что каждая станция на проводе принимала каждую передачу, независимо от того, был ли это предполагаемый получатель или нет? Мосты используют эту функцию для ретрансляции трафика между сегментами. На рисунке выше мост соединяет сегменты 1 и 2. Если станция A или B должна передавать, мост также получит передачу в сегменте 1. Как мост должен отвечать на этот трафик? Он мог бы автоматически передавать кадр в сегмент 2, как ретранслятор, но это не уменьшало бы перегрузки, поскольку сеть вела бы себя как один длинный сегмент.
Одна из целей моста - уменьшить ненужный трафик на обоих сегментах. Он делает это, проверяя адрес назначения кадра, прежде чем решить, как его обработать. Если адрес назначения - это адрес станции A или B, то в сегменте 2 нет необходимости в том, чтобы кадр появлялся. В этом случае мост ничего не делает. Можно сказать, что мост фильтрует или отбрасывает кадр. Если адрес назначения - это адрес станции C или D, или если это широковещательный адрес, тогда мост будет передавать или пересылать кадр в сегмент 2. Путем пересылки пакетов, мост позволяет любому из четырех устройств, показанных на рисунке, обмениваться данными. Кроме того, фильтруя пакеты, когда это необходимо, мост позволяет станции A передавать на станцию B в то же время, что станция C передает на станцию D, что позволяет двум разговорам происходить одновременно!
Коммутаторы - это современные аналоги мостов, функционально эквивалентные, но предлагающие выделенный сегмент для каждого узла в сети (подробнее о коммутаторах позже в статье).
Важной характеристикой мостов является то, что они пересылают широковещательные сообщения Ethernet всем подключенным сегментам. Такое поведение необходимо, поскольку широковещательные передачи Ethernet предназначены для каждого узла в сети, но это может создать проблемы для мостовых сетей, которые становятся слишком большими. Когда большое количество станций транслируется в мостовой сети, перегрузка может быть такой же серьезной, как если бы все эти устройства были в одном сегменте.
Маршрутизаторы - это продвинутые сетевые компоненты, которые могут разделить одну сеть на две логически отдельные сети. Хотя широковещательные передачи Ethernet проходят через мосты в поисках каждого узла в сети, они не проходят через маршрутизаторы, потому что маршрутизатор образует логическую границу для сети.
Маршрутизаторы работают на основе протоколов, которые не зависят от конкретной сетевой технологии, например Ethernet или Token Ring (мы обсудим Token Ring позже). Это позволяет маршрутизаторам легко соединять различные сетевые технологии, как локальные, так и глобальные, и привело к их широкому распространению для подключения устройств по всему миру в рамках глобального Интернета.
См. «Как работают маршрутизаторы» для подробного обсуждения этой технологии.
Современные реализации Ethernet часто не похожи на свои исторические аналоги. Там, где длинные участки коаксиального кабеля обеспечивали присоединение нескольких станций в устаревшей сети Ethernet, современные сети Ethernet используют витую пару или оптоволокно для радиального соединения станций . Там, где устаревшие сети Ethernet передавали данные со скоростью 10 мегабит в секунду (Мбит / с), современные сети могут работать со скоростью 100 или даже 1000 Мбит / с!
Возможно, наиболее ярким достижением в современных сетях Ethernet является использование коммутируемого Ethernet. Коммутируемые сети заменяют общую среду устаревшего Ethernet выделенным сегментом для каждой станции. Эти сегменты подключаются к коммутатору, который действует как мост Ethernet, но может соединять многие из этих отдельных сегментов станции. Некоторые коммутаторы сегодня могут поддерживать сотни выделенных сегментов. Поскольку единственными устройствами в сегментах являются коммутатор и конечная станция, коммутатор принимает каждую передачу, прежде чем она достигнет другого узла. Затем коммутатор пересылает кадр через соответствующий сегмент, как мост, но поскольку любой сегмент содержит только один узел, кадр достигает только предполагаемого получателя. Это позволяет одновременно вести множество разговоров в коммутируемой сети. (Читайте "Как работают коммутаторы LAN", чтобы узнать больше о технологии коммутации.)
Унаследованный Ethernet является полудуплексным, что означает, что информация может перемещаться только в одном направлении за раз. В полностью коммутируемой сети узлы связываются только с коммутатором, а не напрямую друг с другом. Коммутируемые сети также используют либо витую пару, либо оптоволоконный кабель, оба из которых используют отдельные проводники для отправки и приема данных. В среде этого типа станции Ethernet могут отказаться от процесса обнаружения коллизий и передавать по своему желанию, поскольку они являются единственными потенциальными устройствами, которые могут получить доступ к среде. Это позволяет конечным станциям передавать на коммутатор в то же время, что коммутатор передает им, обеспечивая среду без коллизий.
В феврале 1980 года Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, или IEEE (произносится как «I triple E»), создал комитет по стандартизации сетевых технологий. IEEE назвал эту рабочую группу 802, названную в честь года и месяца ее образования. Подкомитеты рабочей группы 802 отдельно рассматривали различные аспекты сетей. IEEE выделил каждый подкомитет, присвоив ему номер 802.X, где X представляет собой уникальный номер для каждого подкомитета. Группа 802.3 стандартизировала работу сети CSMA / CD, которая была функционально эквивалентна DIX Ethernet.
Ethernet и 802.3 немного различаются по терминологии и формату данных для своих кадров, но во многих отношениях идентичны. Сегодня термин Ethernet относится как к реализации DIX Ethernet, так и к стандарту IEEE 802.3.
Наиболее распространенной альтернативой Ethernet для локальной сети является разработанная IBM сетевая технология, называемая Token Ring. Там, где Ethernet полагается на случайные промежутки между передачами для регулирования доступа к среде, Token Ring реализует строгий, упорядоченный метод доступа. Сеть Token-Ring объединяет узлы в логическое кольцо, как показано ниже. Узлы передают кадры в одном направлении по кольцу, удаляя кадр, когда он один раз обошел кольцо.
Волоконно-распределенный интерфейс данных (FDDI) - это еще одна технология передачи маркеров, которая работает по паре оптоволоконных колец, при этом каждое кольцо передает маркер в противоположных направлениях. Сети FDDI предлагали скорость передачи 100 Мбит / с, что изначально сделало их довольно популярными для высокоскоростных сетей. С появлением 100-Мбит / с Ethernet, который стал дешевле и проще в администрировании, популярность FDDI снизилась.
Популярность Ethernet продолжает расти. Стандарт, принятый в отрасли почти 30 лет назад, хорошо известен и понятен, что упрощает настройку и устранение неполадок. По мере развития других технологий Ethernet эволюционировал, чтобы идти в ногу со временем, увеличивая скорость и функциональность.
Для получения дополнительной информации об Ethernet и других сетевых технологиях перейдите по ссылкам ниже.
- Что такое Ethernet?
- Почему сеть?
- Локальная область против глобальной
- История Ethernet
- Основы Ethernet, протоколы
- Терминология Ethernet
- Средний Ethernet
- CSMA / CD
- Обнаружение столкновений
- Ограничения Ethernet
- Повторители
- Сегментация
- Мосты
- Маршрутизаторы: логическая сегментация
- Коммутируемый Ethernet
- Полнодуплексный Ethernet
- Ethernet или 802.3?
- Альтернативные сетевые технологии: Token Ring
- Альтернативные сетевые технологии: асинхронный режим передачи
Что такое Ethernet?
Ethernet - это устройства, подключенные к локальной сети в непосредственной близости.
В современном деловом мире надежный и эффективный доступ к информации стал важным активом в поисках конкурентного преимущества. Карточные шкафы и горы бумаг уступили место компьютерам, которые хранят информацию и управляют ею в электронном виде. Сотрудники, находящиеся на расстоянии тысяч миль друг от друга, могут мгновенно обмениваться информацией, точно так же, как сотни сотрудников в одном месте могут одновременно просматривать данные исследований, хранящиеся в Интернете.
Компьютерные сетевые технологии - это клей, который связывает эти элементы вместе. Общедоступный Интернет позволяет компаниям по всему миру обмениваться информацией друг с другом и со своими клиентами. Глобальная компьютерная сеть, известная как World Wide Web, предоставляет услуги, которые позволяют потребителям покупать книги, одежду и даже автомобили в Интернете или продавать те же самые предметы с аукциона, когда они больше не нужны.
В этой статье мы очень внимательно рассмотрим сеть, и в частности сетевой стандарт Ethernet, чтобы вы могли понять фактическую механику того, как все эти компьютеры подключаются друг к другу.
Почему сеть?
Сеть позволяет одному компьютеру отправлять информацию и получать информацию от другого. Мы не всегда можем знать, сколько раз мы получаем доступ к информации в компьютерных сетях. Безусловно, Интернет является наиболее ярким примером компьютерных сетей, связывающих миллионы компьютеров по всему миру, но более мелкие сети играют роль в доступе к информации на ежедневной основе. Многие публичные библиотеки заменили свои карточные каталоги компьютерными терминалами, которые позволяют посетителям искать книги намного быстрее и проще. Аэропорты имеют множество экранов, отображающих информацию о прилетающих и вылетающих рейсах. Многие розничные магазины имеют специализированные компьютеры, которые обрабатывают транзакции в точках продаж. В каждом из этих случаев сеть позволяет множеству различных устройств в разных местах получать доступ к общему репозиторию данных.Прежде чем вдаваться в подробности сетевого стандарта, такого как Ethernet, мы должны сначала понять некоторые основные термины и классификации, которые описывают и различают сетевые технологии - так что давайте начнем!
Локальная область против глобальной
Мы можем классифицировать сетевые технологии как принадлежащие к одной из двух основных групп. Технологии локальной сети (LAN) соединяют множество устройств, которые находятся относительно близко друг к другу, обычно в одном здании. Терминалы библиотеки, которые отображают информацию о книгах, будут подключаться по локальной сети.Технологии глобальной сети (WAN) соединяют меньшее количество устройств, которые могут находиться на расстоянии многих километров друг от друга. Например, если две библиотеки на противоположных концах города захотят поделиться информацией о своем каталоге книг, они, скорее всего, будут использовать технологию глобальной сети, которая может представлять собой выделенную линию, арендованную у местной телефонной компании, предназначенную исключительно для несут свои данные.
По сравнению с глобальными сетями, локальные сети быстрее и надежнее, но технологические усовершенствования продолжают стирать границы. Волоконно-оптические кабели позволили технологиям LAN соединять устройства на расстоянии в десятки километров друг от друга, в то же время значительно повысив скорость и надежность глобальных сетей.
История Ethernet
В 1973 году в исследовательском центре Xerox Corporation в Пало-Альто (более известном как PARC) исследователь Боб Меткалф разработал и протестировал первую сеть Ethernet. Работая над образом, чтобы связать «Alto» Xerox в компьютер с принтером, Меткалф разработал физический метод кабелей, что подключенные устройства на Ethernet, а также стандарты, которые регулируются связи на кабеле. С тех пор Ethernet стал самой популярной и широко применяемой сетевой технологией в мире. Многие проблемы, связанные с Ethernet, являются общими для многих сетевых технологий, и понимание того, как Ethernet решает эти проблемы, может обеспечить основу, которая улучшит ваше понимание сети в целом.Стандарт Ethernet вырос, чтобы охватить новые технологии по мере развития компьютерных сетей, но механика работы каждой сети Ethernet сегодня проистекает из оригинальной конструкции Меткалфа. Первоначальный Ethernet описывал связь по одному кабелю, используемому всеми устройствами в сети. После того, как устройство было подключено к этому кабелю, оно могло обмениваться данными с любым другим подключенным устройством. Это позволяет сети расширяться для размещения новых устройств, не требуя внесения каких-либо изменений в те устройства, которые уже находятся в сети.
Основы Ethernet
Ethernet - это локальная технология, в которой сети традиционно работают в пределах одного здания, соединяя устройства в непосредственной близости. Между устройствами Ethernet может быть всего несколько сотен метров кабеля, что делает непрактичным подключение географически удаленных друг от друга мест. Современные достижения позволили значительно увеличить эти расстояния, позволяя сетям Ethernet простираться на десятки километров.Протоколы
В сети термин протокол относится к набору правил, регулирующих связь. Протоколы для компьютеров то же самое, что язык для людей. Поскольку эта статья на английском языке, чтобы понять ее, вы должны уметь читать по-английски. Точно так же для успешного взаимодействия двух устройств в сети они оба должны понимать одни и те же протоколы.
Терминология Ethernet
Ethernet следует простому набору правил, которые регулируют его основные операции. Чтобы лучше понять эти правила, важно понимать основы терминологии Ethernet.- Среда - устройства Ethernet подключаются к общей среде, которая обеспечивает путь, по которому будут проходить электронные сигналы. Исторически этой средой был коаксиальный медный кабель, но сегодня это чаще всего витая пара или оптоволоконный кабель.
- Сегмент - мы называем один общий носитель сегментом Ethernet.
- Узел - устройства, подключенные к этому сегменту, являются станциями или узлами.
- Кадр - узлы обмениваются короткими сообщениями, называемыми кадрами, которые представляют собой блоки информации переменного размера.
Средний Ethernet
Поскольку сигнал в среде Ethernet достигает каждого подключенного узла, адрес назначения имеет решающее значение для идентификации предполагаемого получателя кадра.
Например, на рисунке выше, когда компьютер B передает на принтер C, компьютеры A и D все равно будут получать и проверять кадр. Однако, когда станция впервые получает кадр, она проверяет адрес назначения, чтобы узнать, предназначен ли этот кадр для себя. Если это не так, станция отбрасывает фрейм, даже не изучив его содержимое.
Одна интересная особенность адресации Ethernet - это реализация широковещательного адреса. Кадр с адресом назначения, равным широковещательному адресу (для краткости называемый широковещательной рассылкой), предназначен для каждого узла в сети, и каждый узел будет получать и обрабатывать этот тип кадра.
CSMA / CD
Аббревиатура CSMA / CD означает множественный доступ с контролем несущей с обнаружением коллизий и описывает, как протокол Ethernet регулирует связь между узлами. Хотя этот термин может показаться устрашающим, если мы разделим его на составляющие концепции, мы увидим, что он описывает правила, очень похожие на те, которые люди используют в вежливой беседе. Чтобы проиллюстрировать работу Ethernet, мы будем использовать аналогию разговора за обеденным столом.Давайте представим наш сегмент Ethernet в виде обеденного стола, а несколько человек, ведущих вежливую беседу за столом, представим узлы. Термин «множественный доступ» охватывает то, что мы уже обсуждали выше: когда передает одна станция Ethernet, все станции в среде слышат передачу, точно так же, как когда один человек за столом говорит, все присутствующие могут его или ее слышать.
А теперь представим, что вы сидите за столом и хотите что-то сказать. Но сейчас я говорю. Поскольку это вежливый разговор, вместо того, чтобы сразу же говорить и перебивать, вы должны подождать, пока я закончу говорить, прежде чем делать свое заявление. Это та же концепция, которая описана в протоколе Ethernet как определение несущей. Перед передачей станция "слушает" среду, чтобы определить, передает ли другая станция. Если среда тиха, станция определяет, что это подходящее время для передачи.
Обнаружение столкновений
Множественный доступ с контролем оператора связи дает нам хорошее начало в регулировании нашего разговора, но есть один сценарий, который нам все еще необходимо рассмотреть. Вернемся к нашей аналогии с обеденным столом и представим, что в разговоре наступает кратковременное затишье. У нас с вами есть кое-что, что мы хотели бы добавить, и мы оба «чувствуем носителя» на основе тишины, поэтому мы начинаем говорить примерно в одно время. В терминологии Ethernet конфликт возникает, когда мы оба говорим одновременно.В нашем разговоре мы можем изящно справиться с этой ситуацией. Мы оба слышим, как другой говорит, в то же время, когда мы говорим, поэтому мы можем остановиться, чтобы дать другому человеку шанс продолжить. Узлы Ethernet также слушают среду во время передачи, чтобы гарантировать, что они являются единственной станцией, ведущей в это время. Если станции слышат свою собственную передачу, возвращающуюся в искаженном виде, как это произошло бы, если бы какая-то другая станция начала передавать свое собственное сообщение в то же время, то они знают, что произошла коллизия. Один сегмент Ethernet иногда называют доменом коллизий потому что никакие две станции в сегменте не могут передавать одновременно, не вызывая коллизии. Когда станции обнаруживают коллизию, они прекращают передачу, ждут произвольное время и пытаются передать, когда они снова обнаруживают тишину в среде.
Случайная пауза и повтор - важная часть протокола. Если две станции сталкиваются при однократной передаче, то обеим придется передавать снова. При следующей подходящей возможности для передачи обе станции, участвовавшие в предыдущем конфликте, будут иметь данные, готовые к передаче. Если они передадут снова при первой возможности, они, скорее всего, будут сталкиваться снова и снова бесконечно. Вместо этого случайная задержка делает маловероятным столкновение любых двух станций более чем несколько раз подряд.
Ограничения Ethernet
Один общий кабель может служить основой для полной сети Ethernet, о чем мы говорили выше. Однако в этом случае существуют практические ограничения на размер нашей сети Ethernet. Главное беспокойство - длина общего кабеля.Электрические сигналы распространяются по кабелю очень быстро, но по мере распространения они ослабевают, а электрические помехи от соседних устройств (например, флуоресцентных ламп) могут скремблировать сигнал. Сетевой кабель должен быть достаточно коротким, чтобы устройства на противоположных концах могли четко и с минимальной задержкой принимать сигналы друг друга. Это накладывает ограничение на максимальное расстояние между двумя устройствами (называемое диаметром сети).) в сети Ethernet. Кроме того, поскольку в CSMA / CD только одно устройство может передавать в данный момент времени, существуют практические ограничения на количество устройств, которые могут сосуществовать в одной сети. Подключите слишком много устройств к одному общему сегменту, и конкуренция за среду возрастет. Каждому устройству, возможно, придется ждать чрезмерно долгое время, прежде чем появится возможность передать.
Инженеры разработали ряд сетевых устройств, которые устраняют эти трудности. Многие из этих устройств не относятся к Ethernet, но также играют роль в других сетевых технологиях.
Повторители
Первой популярной средой Ethernet был медный коаксиальный кабель, известный как «толстая сеть». Максимальная длина толстого кабеля составляла 500 метров. В больших зданиях или кампусах 500-метровый кабель не всегда может подключиться к каждому сетевому устройству. Повторитель устраняет эту проблему.Повторители соединяют несколько сегментов Ethernet, прослушивая каждый сегмент и повторяя сигнал, слышимый в одном сегменте, на каждый другой сегмент, подключенный к повторителю. Проложив несколько кабелей и соединив их с повторителями, вы можете значительно увеличить диаметр вашей сети.
Сегментация
В нашей аналогии с обеденным столом у нас было всего несколько человек за столом, которые вели разговор, поэтому ограничение себя одним говорящим в любой момент времени не было значительным препятствием для общения. Но что, если бы за столом было много людей и только одному разрешалось говорить в любой момент времени?На практике мы знаем, что аналогия не работает в подобных обстоятельствах. В больших группах людей часто происходит одновременное ведение нескольких разных разговоров. Если бы только один человек в переполненном зале или на банкетном обеде мог говорить в любое время, многие люди были бы разочарованы, ожидая возможности поговорить. Для людей проблема заключается в самокоррекции: голоса доносятся только до определенного предела, а ухо умеет выделять конкретный разговор из окружающего шума. Это позволяет нам легко собирать на вечеринке множество небольших групп, беседующих в одной комнате; но сетевые кабели быстро и эффективно передают сигналы на большие расстояния, поэтому естественного разделения разговоров не происходит.
Сети Ethernet столкнулись с проблемами перегрузки по мере их увеличения. Если к одному и тому же сегменту подключено большое количество станций, и каждая из них генерирует значительный объем трафика, многие станции могут пытаться выполнить передачу всякий раз, когда появляется возможность. В этих обстоятельствах коллизии станут более частыми и могут начать подавлять успешные передачи, что может занять чрезмерно много времени. Один из способов уменьшить перегрузку - разделить один сегмент на несколько сегментов, создав таким образом несколько доменов столкновения . Это решение создает другую проблему, поскольку теперь эти отдельные сегменты не могут обмениваться информацией друг с другом.
Мосты
Чтобы облегчить проблемы с сегментацией, в сетях Ethernet реализованы мосты. Мосты соединяют два или более сетевых сегмента, увеличивая диаметр сети, как это делает ретранслятор, но мосты также помогают регулировать трафик . Они могут отправлять и получать передачи так же, как любой другой узел, но они не работают так же, как обычный узел. Мост сам по себе не создает никакого трафика; как ретранслятор, он отражает только то, что слышит от других станций. (Последнее утверждение не совсем верно: мосты действительно создают специальный фрейм Ethernet, который позволяет им взаимодействовать с другими мостами, но это выходит за рамки данной статьи.)
Помните, как множественный доступ и общая среда Ethernet означали, что каждая станция на проводе принимала каждую передачу, независимо от того, был ли это предполагаемый получатель или нет? Мосты используют эту функцию для ретрансляции трафика между сегментами. На рисунке выше мост соединяет сегменты 1 и 2. Если станция A или B должна передавать, мост также получит передачу в сегменте 1. Как мост должен отвечать на этот трафик? Он мог бы автоматически передавать кадр в сегмент 2, как ретранслятор, но это не уменьшало бы перегрузки, поскольку сеть вела бы себя как один длинный сегмент.
Одна из целей моста - уменьшить ненужный трафик на обоих сегментах. Он делает это, проверяя адрес назначения кадра, прежде чем решить, как его обработать. Если адрес назначения - это адрес станции A или B, то в сегменте 2 нет необходимости в том, чтобы кадр появлялся. В этом случае мост ничего не делает. Можно сказать, что мост фильтрует или отбрасывает кадр. Если адрес назначения - это адрес станции C или D, или если это широковещательный адрес, тогда мост будет передавать или пересылать кадр в сегмент 2. Путем пересылки пакетов, мост позволяет любому из четырех устройств, показанных на рисунке, обмениваться данными. Кроме того, фильтруя пакеты, когда это необходимо, мост позволяет станции A передавать на станцию B в то же время, что станция C передает на станцию D, что позволяет двум разговорам происходить одновременно!
Коммутаторы - это современные аналоги мостов, функционально эквивалентные, но предлагающие выделенный сегмент для каждого узла в сети (подробнее о коммутаторах позже в статье).
Маршрутизаторы: логическая сегментация
Мосты могут уменьшить перегрузку, позволяя одновременно вести несколько разговоров в разных сегментах, но у них также есть свои ограничения на сегментирование трафика.Важной характеристикой мостов является то, что они пересылают широковещательные сообщения Ethernet всем подключенным сегментам. Такое поведение необходимо, поскольку широковещательные передачи Ethernet предназначены для каждого узла в сети, но это может создать проблемы для мостовых сетей, которые становятся слишком большими. Когда большое количество станций транслируется в мостовой сети, перегрузка может быть такой же серьезной, как если бы все эти устройства были в одном сегменте.
Маршрутизаторы - это продвинутые сетевые компоненты, которые могут разделить одну сеть на две логически отдельные сети. Хотя широковещательные передачи Ethernet проходят через мосты в поисках каждого узла в сети, они не проходят через маршрутизаторы, потому что маршрутизатор образует логическую границу для сети.
Маршрутизаторы работают на основе протоколов, которые не зависят от конкретной сетевой технологии, например Ethernet или Token Ring (мы обсудим Token Ring позже). Это позволяет маршрутизаторам легко соединять различные сетевые технологии, как локальные, так и глобальные, и привело к их широкому распространению для подключения устройств по всему миру в рамках глобального Интернета.
См. «Как работают маршрутизаторы» для подробного обсуждения этой технологии.
Коммутируемый Ethernet
Современные реализации Ethernet часто не похожи на свои исторические аналоги. Там, где длинные участки коаксиального кабеля обеспечивали присоединение нескольких станций в устаревшей сети Ethernet, современные сети Ethernet используют витую пару или оптоволокно для радиального соединения станций . Там, где устаревшие сети Ethernet передавали данные со скоростью 10 мегабит в секунду (Мбит / с), современные сети могут работать со скоростью 100 или даже 1000 Мбит / с!
Возможно, наиболее ярким достижением в современных сетях Ethernet является использование коммутируемого Ethernet. Коммутируемые сети заменяют общую среду устаревшего Ethernet выделенным сегментом для каждой станции. Эти сегменты подключаются к коммутатору, который действует как мост Ethernet, но может соединять многие из этих отдельных сегментов станции. Некоторые коммутаторы сегодня могут поддерживать сотни выделенных сегментов. Поскольку единственными устройствами в сегментах являются коммутатор и конечная станция, коммутатор принимает каждую передачу, прежде чем она достигнет другого узла. Затем коммутатор пересылает кадр через соответствующий сегмент, как мост, но поскольку любой сегмент содержит только один узел, кадр достигает только предполагаемого получателя. Это позволяет одновременно вести множество разговоров в коммутируемой сети. (Читайте "Как работают коммутаторы LAN", чтобы узнать больше о технологии коммутации.)
Полнодуплексный Ethernet
Коммутация Ethernet привела к новому развитию - полнодуплексному Ethernet. Полнодуплексный режим - это термин для передачи данных, который означает возможность отправлять и получать данные одновременно.Унаследованный Ethernet является полудуплексным, что означает, что информация может перемещаться только в одном направлении за раз. В полностью коммутируемой сети узлы связываются только с коммутатором, а не напрямую друг с другом. Коммутируемые сети также используют либо витую пару, либо оптоволоконный кабель, оба из которых используют отдельные проводники для отправки и приема данных. В среде этого типа станции Ethernet могут отказаться от процесса обнаружения коллизий и передавать по своему желанию, поскольку они являются единственными потенциальными устройствами, которые могут получить доступ к среде. Это позволяет конечным станциям передавать на коммутатор в то же время, что коммутатор передает им, обеспечивая среду без коллизий.
Ethernet или 802.3?
Возможно, вы слышали термин 802.3, используемый вместо термина Ethernet или в сочетании с ним. Первоначально «Ethernet» относился к сетевой реализации, стандартизированной Digital, Intel и Xerox. (По этой причине он также известен как стандарт DIX .)В феврале 1980 года Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, или IEEE (произносится как «I triple E»), создал комитет по стандартизации сетевых технологий. IEEE назвал эту рабочую группу 802, названную в честь года и месяца ее образования. Подкомитеты рабочей группы 802 отдельно рассматривали различные аспекты сетей. IEEE выделил каждый подкомитет, присвоив ему номер 802.X, где X представляет собой уникальный номер для каждого подкомитета. Группа 802.3 стандартизировала работу сети CSMA / CD, которая была функционально эквивалентна DIX Ethernet.
Ethernet и 802.3 немного различаются по терминологии и формату данных для своих кадров, но во многих отношениях идентичны. Сегодня термин Ethernet относится как к реализации DIX Ethernet, так и к стандарту IEEE 802.3.
Альтернативные сетевые технологии: Token Ring
Наиболее распространенной альтернативой Ethernet для локальной сети является разработанная IBM сетевая технология, называемая Token Ring. Там, где Ethernet полагается на случайные промежутки между передачами для регулирования доступа к среде, Token Ring реализует строгий, упорядоченный метод доступа. Сеть Token-Ring объединяет узлы в логическое кольцо, как показано ниже. Узлы передают кадры в одном направлении по кольцу, удаляя кадр, когда он один раз обошел кольцо.
- Кольцо инициализируется путем создания маркера , который представляет собой специальный тип кадра, который дает станции разрешение на передачу.
- Маркер кружит по кольцу, как любой фрейм, пока не встретит станцию, желающую передать данные.
- Затем эта станция «захватывает» маркер, заменяя кадр маркера фреймом, несущим данные, который охватывает сеть.
- Как только этот фрейм данных возвращается на передающую станцию, эта станция удаляет фрейм данных, создает новый маркер и пересылает этот маркер следующему узлу в кольце.
Волоконно-распределенный интерфейс данных (FDDI) - это еще одна технология передачи маркеров, которая работает по паре оптоволоконных колец, при этом каждое кольцо передает маркер в противоположных направлениях. Сети FDDI предлагали скорость передачи 100 Мбит / с, что изначально сделало их довольно популярными для высокоскоростных сетей. С появлением 100-Мбит / с Ethernet, который стал дешевле и проще в администрировании, популярность FDDI снизилась.
Альтернативные сетевые технологии: асинхронный режим передачи
Последняя сетевая технология, о которой следует упомянуть, - это асинхронный режим передачи или ATM. Сети банкоматов стирают грань между локальными и глобальными сетями, позволяя подключать множество различных устройств с высокой надежностью и на высоких скоростях даже по всей стране. Сети ATM подходят для передачи не только данных, но также голосового и видео трафика, что делает их универсальными и расширяемыми. Хотя ATM не получил широкого распространения так быстро, как первоначально предполагалось, тем не менее, это надежная сетевая технология будущего.Популярность Ethernet продолжает расти. Стандарт, принятый в отрасли почти 30 лет назад, хорошо известен и понятен, что упрощает настройку и устранение неполадок. По мере развития других технологий Ethernet эволюционировал, чтобы идти в ногу со временем, увеличивая скорость и функциональность.
Для получения дополнительной информации об Ethernet и других сетевых технологиях перейдите по ссылкам ниже.
