Физический уровень ethernet включает в себя только 3 варианта
В компьютерных сетях , кадр Ethernet является уровень линии передачи данных блока данных протокола и использует основные Ethernet физического уровня транспортных механизмы. Другими словами, блок данных по каналу Ethernet транспортирует кадр Ethernet в качестве полезной нагрузки. [1]
Ethernet - кадр предшествует преамбулы и ограничителя начала кадра (SFD), которые являются одновременно частью Ethernet - пакета на физическом уровне . Каждый кадр Ethernet начинается с заголовка Ethernet, который содержит MAC-адреса назначения и источника в качестве первых двух полей. Средняя часть кадра - это данные полезной нагрузки, включая любые заголовки для других протоколов (например, Интернет-протокола ), переносимые в кадре. Кадр заканчивается проверочной последовательностью кадра (FCS), которая представляет собой 32-битную циклическую проверку избыточности, используемую для обнаружения любого повреждения данных при передаче.
Содержание
Как правило, слои именуются в соответствии с их спецификациями: [8]
- 10, 100, 1000, 10G, . - номинальная полезная скорость наверху физического уровня (без суффикса = мегабит / с, G = гигабит / с), исключая линейные коды, но включая другие служебные данные физического уровня ( преамбула , ЮФО , ИПГ ); некоторые WAN PHY ( W ) работают с немного сниженным битрейтом по соображениям совместимости; закодированные подуровни PHY обычно работают с более высокими битрейтами
- BASE, BROAD, PASS - указывает сигнализацию основной полосы , широкополосной или полосы пропускания соответственно
- -T, -S, -L, -E, -Z, -C, -K, -H . - средний ( PMD ): T = витая пара , S = 850 нм, короткая длина волны ( многомодовое волокно ), L = 1300 нм (в основном одномодовое волокно ), E или Z = 1500 нм сверхдлинноволновый (одномодовый), B = двунаправленное волокно (в основном одномодовое) с использованием WDM , P = пассивная оптика ( PON ), C = медь / твинаксиальный кабель , K = объединительная плата , 2 или 5 или 36 = коаксиальный кабель с радиусом действия 185/500/3600 м (устаревший), F = волокно, различные длины волн, H = пластиковое оптическое волокно
- X, R - метод кодирования PCS ( зависит от поколения): X для блочного кодирования 8b / 10b ( 4B5B для Fast Ethernet), R для кодирования больших блоков ( 64b / 66b )
- 1, 2, 4, 10 - для LAN PHY указывает количество полос, используемых на ссылку; для WAN PHY указывает радиус действия в километрах
Для 10 Мбит / с кодировка не указывается, поскольку во всех вариантах используется манчестерский код . Большинство слоев витой пары используют уникальную кодировку, поэтому чаще всего используется просто -T .
Охват , особенно для оптических соединений, определяются как максимально достижимая длиной линии связи , который гарантированно работает , когда все параметры канала выполнены ( модальные полосы пропускания , затухание , вносимые потери и т.д.). При лучших параметрах канала часто может быть достигнута более длинная и стабильная длина канала. И наоборот, канал с худшими параметрами канала тоже может работать, но только на меньшем расстоянии. Досягаемость и максимальное расстояние имеют одно и то же значение.
В следующих разделах приводится краткое описание официальных типов носителей Ethernet. В дополнение к этим официальным стандартам многие производители по разным причинам внедрили собственные типы носителей - часто для поддержки больших расстояний по оптоволоконным кабелям.
Ранние стандарты Ethernet использовали манчестерское кодирование, чтобы сигнал самосинхронизировался и на него не влияли фильтры высоких частот .
Все варианты Fast Ethernet используют звездообразную топологию и обычно используют линейное кодирование 4B5B .
Все варианты Gigabit Ethernet используют звездообразную топологию. Варианты 1000BASE-X используют кодирование 8b / 10b PCS. Первоначально полудуплексный режим был включен в стандарт, но с тех пор от него отказались. [14] Очень немногие устройства поддерживают гигабитную скорость в полудуплексном режиме.
2.5GBASE-T и 5GBASE-T представляют собой уменьшенные варианты 10GBASE-T и обеспечивают больший радиус действия по сравнению с кабелями до Cat 6A . Эти физические уровни поддерживают только медную витую пару.
10 Gigabit Ethernet - это версия Ethernet с номинальной скоростью передачи данных 10 Гбит / с, что в десять раз быстрее, чем Gigabit Ethernet. Первый стандарт 10 Gigabit Ethernet, IEEE Std 802.3ae-2002, был опубликован в 2002 году. Последующие стандарты охватывают типы носителей для одномодового волокна (дальняя связь), многомодового волокна (до 400 м), медной объединительной платы (до 1 м) и медной витой пары (до 100 м). Все 10-гигабитные стандарты были объединены в IEEE Std 802.3-2008. В большинстве 10-гигабитных вариантов используется код PCS 64/66 бит ( -R ). 10 Gigabit Ethernet, в частности 10GBASE-LR и 10GBASE-ER , занимает значительную долю рынка в операторских сетях.
Однополосный 25-гигабитный Ethernet основан на одной полосе 25,78125 ГБд из четырех из стандарта 100 Gigabit Ethernet, разработанного рабочей группой P802.3by. [17] 25GBASE-T по витой паре был одобрен вместе с 40GBASE-T в IEEE 802.3bq. [18] [19]
Этот класс Ethernet был стандартизирован в июне 2010 года как IEEE 802.3ba вместе с первым поколением 100 Гбит / с, с добавлением в марте 2011 года как IEEE 802.3bg, [20] [21] и самый быстрый, но все же стандарт витой пары в IEEE. 802.3bq-2016. Номенклатура выглядит следующим образом : [22]
Рабочая группа IEEE 802.3cd разработала 50 Гбит / с вместе со стандартами следующего поколения 100 и 200 Гбит / с с использованием линий 50 Гбит / с [23]
Первое поколение 100G Ethernet с использованием линий 10 и 25 Гбит / с было стандартизировано в июне 2010 года как IEEE 802.3ba наряду с 40 Гбит / с. [20] Второе поколение, использующее полосы 50 Гбит / с, было разработано рабочей группой IEEE 802.3cd вместе со стандартами 50 и 200 Гбит / с. [23] Третье поколение, использующее одну полосу 100 Гбит / с, в настоящее время разрабатывается Целевой группой IEEE 802.3ck вместе с физическими уровнями 200 и 400 Гбит / с и интерфейсами модулей подключения (AUI), использующими полосы 100 Гбит / с. [24]
Первое поколение 200 Гбит / с было определено Целевой группой IEEE 802.3bs и стандартизировано в 802.3bs-2017. [25] Целевая группа IEEE 802.3cd разработала стандарты 50 и следующего поколения на 100 и 200 Гбит / с с использованием одной, двух или четырех линий 50 Гбит / с соответственно. [23] Следующее поколение, использующее полосы 100 Гбит / с, в настоящее время разрабатывается рабочей группой IEEE 802.3ck вместе с физическими уровнями 100 и 400 Гбит / с и интерфейсами подключаемых модулей (AUI), использующими полосы 100 Гбит / с. [24]
Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) определил новый стандарт Ethernet , способный 200 и 400 Гбит / с в IEEE 802.3bs-2017. [25] Еще одной целью может быть 1 Тбит / с. [26]
В мае 2018 года IEEE 802.3 запустил рабочую группу 802.3ck для разработки стандартов для PHY 100, 200 и 400 Гбит / с и интерфейсов подключаемых модулей (AUI) с использованием линий 100 Гбит / с. [24]
В 2008 году Роберт Меткалф , один из соавторов Ethernet, сказал, что, по его мнению, коммерческие приложения, использующие Terabit Ethernet, могут появиться к 2015 году, хотя для этого могут потребоваться новые стандарты Ethernet. [27] Было предсказано, что за этим быстро последует масштабирование до 100 Терабит, возможно, уже в 2020 году. Стоит отметить, что это были теоретические прогнозы технологических возможностей, а не оценки того, когда такие скорости действительно станут доступны в практическая цена. [28]
Ethernet Technology Consortium (бывший 25 Gigabit Ethernet Consortium ) предложил PCS 800 Гбит / с Ethernet Variant на основе плотно комплектного 400GBASE-R в апреле 2020 г. [29]
Имя | Стандарт (пункт) | Общие разъемы | Описание |
---|---|---|---|
800GBASE-R | По состоянию на апрель 2020 [Обновить] года подуровни PCS и PMA, похоже, определены с использованием восьми полос по 100 Гбит / с каждая и подключения к модулю приемопередатчика через интерфейс C2M или C2C, определенный в 802.3ck. [30] |
Для предоставления услуг доступа в Интернет напрямую от провайдеров для дома и малого бизнеса:
Имя | Стандарт (пункт) | Описание |
---|---|---|
10BaseS | Собственный [31] | Ethernet через VDSL , используемый в продуктах Long Reach Ethernet ; [32] использует полосу пропускания вместо указанной основной полосы |
2BASE-TL | 802.3ah-2004 (61 и 63) | По телефонным проводам |
10PASS-TS | 802.3ah-2004 (61 и 62) | |
100BASE-LX10 | 802.3ah-2004 (58) | Одномодовое оптоволокно |
100BASE-BX10 | ||
1000BASE-LX10 | 802.3ah-2004 (59) | |
1000BASE-BX10 | ||
1000BASE-PX10 | 802.3ah-2004 (60) | Пассивная оптическая сеть |
1000BASE-PX20 | ||
10GBASE-PR 10 / 1GBASE-PRX | 802.3av-2009 (75) | Пассивная оптическая сеть 10 Гбит / с с восходящим каналом 1 или 10 Гбит / с на расстояние 10 или 20 км |
Начиная с Fast Ethernet, спецификации физического уровня разделены на три подуровня, чтобы упростить проектирование и взаимодействие: [33]
- PCS ( Physical Coding Sublayer ) - этот подуровень выполняет автосогласование и базовое кодирование, такое как 8b / 10b, разделение полос и рекомбинацию. Для Ethernet скорость передачи в верхней части PCS - это номинальная скорость передачи данных , например 10 Мбит / с для классического Ethernet или 1000 Мбит / с для Gigabit Ethernet.
- PMA ( Подуровень присоединения физического носителя ) - этот подуровень выполняет формирование кадров PMA, синхронизацию / обнаружение октетов и полиномиальное скремблирование / дескремблирование.
- PMD ( подуровень, зависящий от физической среды ) - этот подуровень состоит из приемопередатчика для физической среды.
Несколько разновидностей Ethernet были специально разработаны для работы по 4-парным медным структурированным кабелям, уже установленным во многих местах.
В отличие от 10BASE-T и 100BASE-TX, 1000BASE-T и выше используют все четыре пары кабелей для одновременной передачи в обоих направлениях за счет использования эхоподавления .
Использование двухточечных медных кабелей дает возможность передавать вместе с данными малую электрическую мощность. Это называется Power over Ethernet, и существует несколько дополнительных стандартов IEEE 802.3. Комбинация 10BASE-T (или 100BASE-TX) с «режимом A» позволяет концентратору или коммутатору передавать как мощность, так и данные только по двум парам. Это было сделано для того, чтобы две другие пары оставались свободными для аналоговых телефонных сигналов. [34] [ неудачная проверка ] Контакты, используемые в «режиме B», подают питание по «запасным» парам, не используемым 10BASE-T и 100BASE-TX. «4PPoE», определенный в IEEE 802.3bt, может использовать все четыре пары для обеспечения до 100 Вт.
Штырь | Пара | Цвет | телефон | 10BASE-T [35] 100BASE-TX [36] | 1000BASE-T [37] и далее | PoE режим A | PoE режим B |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 3 | белый / зеленый | TX + | BI_DA + | 48 В выход | ||
2 | 3 | зеленый | TX- | BI_DA– | 48 В выход | ||
3 | 2 | белый / оранжевый | RX + | BI_DB + | 48 В возврат | ||
4 | 1 | синий | звенеть | неиспользованный | BI_DC + | 48 В выход | |
5 | 1 | белый / синий | кончик | неиспользованный | BI_DC– | 48 В выход | |
6 | 2 | апельсин | RX− | BI_DB– | 48 В возврат | ||
7 | 4 | белый / коричневый | неиспользованный | BI_DD + | 48 В возврат | ||
8 | 4 | коричневый | неиспользованный | BI_DD– | 48 В возврат |
Требования к кабелю зависят от скорости передачи и используемого метода кодирования. Как правило, более высокие скорости требуют как кабелей более высокого качества, так и более сложного кодирования.
Оптоволоконные соединения имеют минимальную длину кабеля из-за требований к уровню принимаемых сигналов. [38] Для оптоволоконных портов, предназначенных для работы на больших длинах волн, требуется аттенюатор сигнала, если они используются в здании.
Для установок 10BASE2, работающих на коаксиальном кабеле RG-58, требуется минимум 0,5 м между станциями, подключенными к сетевому кабелю, это необходимо для минимизации отражений. [39]
В установках 10BASE-T, 100BASE-T и 1000BASE-T, использующих витую пару, используется топология звезды . Для этих сетей не требуется минимальной длины кабеля. [40] [41]
Некоторые сетевые стандарты не являются частью стандарта IEEE 802.3 Ethernet, но поддерживают формат кадра Ethernet и могут взаимодействовать с ним.
-
- предварительный стандарт SynOptics для витой пары со скоростью 10 Мбит / с. - один из первых претендентов на Ethernet 100 Мбит / с. Он работает по кабелю категории 3. Использует четыре пары. Коммерческий провал.
- TIA 100BASE-SX - поддерживается Ассоциацией телекоммуникационной промышленности . 100BASE-SX - это альтернативная реализация Ethernet 100 Мбит / с по оптоволокну; он несовместим с официальным стандартом 100BASE-FX. Его главная особенность - совместимость с 10BASE-FL , поддержка автосогласования между 10 Мбит / с и 100 Мбит / с - функция, отсутствующая в официальных стандартах из-за использования светодиодов разной длины волны. Он рассчитан на установленную базу волоконно-оптических сетей со скоростью 10 Мбит / с.
- TIA 1000BASE-TX - предложенный Ассоциацией телекоммуникационной промышленности , это был коммерческий провал, и никаких продуктов не существует. 1000BASE-TX использует более простой протокол, чем официальный стандарт 1000BASE-T, поэтому электроника может быть дешевле, но требует кабелей категории 6 . - стандарт, разработанный ITU-T и продвигаемый HomeGrid Forum для высокоскоростных (до 1 Гбит / с) локальных сетей по существующей домашней проводке ( коаксиальные кабели , линии электропередач и телефонные линии). G.hn определяет уровень конвергенции прикладных протоколов (APC), который принимает кадры Ethernet и инкапсулирует их в MSDU G.hn.
Другие сетевые стандарты не используют формат кадра Ethernet, но все же могут быть подключены к Ethernet с использованием моста на основе MAC.
-
стандарты для беспроводных локальных сетей (ЛВС), продаваемые под торговой маркой Wi-Fi. стандарты для беспроводных городских сетей (MAN), продаваемые под торговой маркой WiMAX.
Другие специальные физические уровни включают Avionics Full-Duplex Switched Ethernet и TTEthernet - Time-Triggered Ethernet для встроенных систем.
Ethernet Физический уровень является физический уровень функциональность Ethernet семейства компьютерных сетевых стандартов. Физический уровень определяет электрические или оптические свойства и скорость передачи физического соединения между устройством и сетью или между сетевыми устройствами. Он дополняется уровень МАС и логического канального уровня .
Физический уровень Ethernet развивался за время своего существования, начиная с 1980 года, и включает в себя несколько интерфейсов физических носителей и несколько порядков скорости от 1 Мбит / с до 400 Гбит / с . Диапазон физических сред - от громоздкого коаксиального кабеля до витой пары и оптического волокна со стандартизованной дальностью действия до 40 км. В общем, программное обеспечение стека сетевых протоколов будет работать одинаково на всех физических уровнях.
Многие адаптеры Ethernet и порты коммутатора поддерживают несколько скоростей за счет использования автосогласования для установки скорости и дуплексного режима для достижения наилучших значений, поддерживаемых обоими подключенными устройствами. Если автосогласование не удается, некоторые многоскоростные устройства определяют скорость, используемую их партнером, [1], но это может привести к несоответствию дуплексного режима . За редкими исключениями порт 100BASE-TX ( 10/100 ) также поддерживает 10BASE-T, а порт 1000BASE-T ( 10/100/1000 ) также поддерживает 10BASE-T и 100BASE-TX. Большинство портов 10GBASE-T также поддерживают 1000BASE-T, [2] некоторые даже 100BASE-TX или 10BASE-T. Хотя на автосогласование практически можно положиться для Ethernet по витой паре , несколько оптоволоконных портов поддерживают несколько скоростей. В любом случае даже многоскоростные оптоволоконные интерфейсы поддерживают только одну длину волны (например, 850 нм для 1000BASE-SX или 10GBASE-SR).
К 2007 году 10 Gigabit Ethernet уже использовался как в корпоративных, так и в операторских сетях, при этом были утверждены стандарты 40 Gbit / s [3] [4] и 100 Gigabit Ethernet [5] . [6] В 2017 году самыми быстрыми дополнениями к семейству Ethernet стали 200 и 400 Гбит / с . [7]
СОДЕРЖАНИЕ
Пакет данных на проводе и кадр в качестве полезной нагрузки состоят из двоичных данных. Ethernet передает данные со старшим октетом (байтом) первым; однако в каждом октете младший бит передается первым. [а]
Внутренняя структура кадра Ethernet определена в IEEE 802.3. [1] В таблице ниже показан полный пакет Ethernet и кадр внутри в том виде, в каком он был передан, для размера полезной нагрузки до MTU в 1500 октетов. [b] Некоторые реализации Gigabit Ethernet и других высокоскоростных вариантов Ethernet поддерживают большие кадры, известные как jumbo-кадры .
Дополнительный тег 802.1Q занимает дополнительное место в кадре. Размеры полей для этой опции указаны в скобках в таблице выше. IEEE 802.1ad (Q-in-Q) позволяет использовать несколько тегов в каждом кадре. Этот вариант здесь не проиллюстрирован.
Кадр Ethernet внутри пакета Ethernet, при этом SFD обозначает конец преамбулы пакета и указывает начало кадра. [3]
Пакет Ethernet начинается с семиоктетной преамбулы и однооктетного ограничителя начального кадра (SFD). [c]
Преамбула состоит из 56-битного (семибайтового) шаблона с чередованием 1 и 0 битов, что позволяет устройствам в сети легко синхронизировать часы своих приемников, обеспечивая синхронизацию на уровне битов. За ним следует SFD, чтобы обеспечить синхронизацию на уровне байтов и пометить новый входящий фрейм. Для вариантов Ethernet, передающих последовательные биты вместо более крупных символов , (некодированный) битовый шаблон на проводе для преамбулы вместе с частью SFD кадра составляет 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101011; [3] : разделы 4.2.5 и 3.2.2 Биты передаются по порядку слева направо. [3] : разделы 4.2.5
SFD - это восьмибитовое (однобайтовое) значение, которое отмечает конец преамбулы, которая является первым полем пакета Ethernet, и указывает начало кадра Ethernet. SFD предназначен для разрыва битовой последовательности преамбулы и сигнализации о начале фактического кадра. [3] : раздел 4.2.5. За SFD сразу следует MAC-адрес назначения , который является первым полем в кадре Ethernet. SFD - это двоичная последовательность 10101011 (0xD5, десятичное 213 в первом битовом порядке LSB Ethernet). [3] : разделы 3.2.2, 3.3 и 4.2.6
Схема приемопередатчика физического уровня (сокращенно PHY) требуется для подключения Ethernet MAC к физической среде. Соединение между PHY и MAC не зависит от физической среды и использует шину из средств массовой информации независимого интерфейс семья ( MII , GMII , RGMII , SGMII , XGMII ). Микросхемы приемопередатчиков Fast Ethernet используют шину MII, которая является четырехбитовой (один полубайт ) шиной, поэтому преамбула представлена как 14 экземпляров 0xA, а SFD - 0xA 0xB (в полубайтах). Гигабитный Ethernet Микросхемы приемопередатчика используют шину GMII, которая представляет собой восьмиразрядный интерфейс, поэтому последовательность преамбулы, за которой следует SFD, будет иметь вид 0x55 0x55 0x55 0x55 0x55 0x55 0x55 0xD5 (в байтах).
Заголовок содержит MAC-адреса назначения и источника (каждый длиной по шесть октетов), поле EtherType и, необязательно, тег IEEE 802.1Q или тег IEEE 802.1ad .
Поле EtherType имеет длину два октета и может использоваться для двух разных целей. Значения 1500 и ниже означают, что он используется для указания размера полезной нагрузки в октетах, а значения 1536 и выше указывают, что он используется как EtherType, чтобы указать, какой протокол инкапсулирован в полезной нагрузке кадра. При использовании в качестве EtherType длина кадра определяется местоположением межпакетного промежутка и действительной контрольной последовательностью кадра (FCS).
IEEE 802.1Q тег или IEEE 802.1ad тега, если он присутствует, представляет собой поле из четырех октетов , что указывает на то виртуальной локальной сети (VLAN) членство и IEEE 802.1p приоритет. Первые два октета тега называется Т аги Р rotocol ID entifier (TPID) и дважды как поле EtherType , указывающим , что кадр является либо 802.1Q или 802.1ad тегов. 802.1Q использует TPID 0x8100. 802.1ad использует TPID 0x88a8.
Минимальная полезная нагрузка составляет 42 октета при наличии тега 802.1Q и 46 октетов при отсутствии. [d] Когда фактическая полезная нагрузка меньше, соответственно добавляются байты заполнения. [e] Максимальная полезная нагрузка - 1500 октетов. Нестандартные кадры большого размера позволяют увеличить максимальный размер полезной нагрузки.
Последовательность проверки кадра (FCS) - это четырехоктетная проверка циклическим избыточным кодом (CRC), которая позволяет обнаруживать поврежденные данные во всем кадре, принятом на стороне получателя. В соответствии со стандартом значение FCS вычисляется как функция защищенных полей кадра MAC: адреса источника и назначения, поля длины / типа, данных клиента MAC и заполнения (то есть всех полей, кроме FCS).
Согласно стандарту, это вычисление выполняется с использованием алгоритма CRC32 BZIP2 со сдвигом влево (poly = 0x4C11DB7, начальный CRC = 0xFFFFFFFF, CRC дополняется после, значение проверки = 0x38FB2284). Стандарт гласит, что данные передаются первым младшим значащим битом (бит 0), тогда как FCS передается первым старшим битом (бит 31). [3] : раздел 3.2.9 . Альтернативой является вычисление CRC с использованием CRC32 со сдвигом вправо (poly = 0xEDB88320, начальный CRC = 0xFFFFFFFF, CRC дополняется после, значение проверки = 0x2144DF1C), что приведет к CRC, который является инверсия битов FCS и передача данных и младшего значащего бита CRC первыми, что приводит к идентичным передачам.
Стандарт гласит, что получатель должен вычислять новую FCS по мере получения данных, а затем сравнивать полученную FCS с FCS, вычисленным получателем. Альтернативой является вычисление CRC как для полученных данных, так и для FCS, что приведет к фиксированному ненулевому значению «проверки». (Результат не равен нулю, потому что CRC дополняется во время генерации CRC). Поскольку данные принимаются первым из младших битов, и чтобы избежать необходимости буферизовать октеты данных, приемник обычно использует CRC32 со сдвигом вправо. Это делает значение «проверки» (иногда называемое «магической проверкой») 0x2144DF1C. [5]
Однако аппаратная реализация CRC с логическим сдвигом вправо может использовать регистр сдвига с линейной обратной связью со сдвигом влево в качестве основы для вычисления CRC, реверсирования битов и получения значения проверки 0x38FB2284. Поскольку дополнение CRC может выполняться после вычисления и во время передачи, то, что остается в аппаратном регистре, является результатом без дополнения, поэтому остаток для реализации с правым сдвигом будет дополнением к 0x2144DF1C = 0xDEBB20E3, а для сдвига влево реализация, дополнение 0x38FB2284 = 0xC704DD7B.
Конец кадра обычно обозначается символом конца из-потока данных на физическом уровне или по потере сигнала несущей; примером является 10BASE-T , где принимающая станция определяет конец переданного кадра по потере несущей. Более поздние физические уровни используют явный конец данных или конец символа или последовательности потока , чтобы избежать неоднозначности, особенно когда несущая постоянно пересылается между кадрами; примером является Gigabit Ethernet с его схемой кодирования 8b / 10b , в которой используются специальные символы, которые передаются до и после передачи кадра. [6] [7]
Межпакетный интервал (IPG) - это время простоя между пакетами. После отправки пакета передатчики должны передать как минимум 96 бит (12 октетов) состояния незанятой линии перед передачей следующего пакета.
Тип кадра | Ethertype или длина | Начало полезной нагрузки два байта |
---|---|---|
Ethernet II | ≥ 1536 | Любой |
Novell raw IEEE 802.3 | ≤ 1500 | 0xFFFF |
IEEE 802.2 LLC | ≤ 1500 | Другой |
IEEE 802.2 SNAP | ≤ 1500 | 0xAAAA |
Есть несколько типов кадров Ethernet:
- Фрейм Ethernet II, или Ethernet версии 2, [f] или DIX-фрейм является наиболее распространенным типом, используемым сегодня, поскольку он часто используется непосредственно Интернет-протоколом. Необработанный нестандартный вариант кадра NovellIEEE 802.3 Кадр IEEE 802.2Logical Link Control (LLC) протокола доступа к подсети (SNAP) IEEE 802.2
Различные типы кадров имеют разные форматы и значения MTU , но могут сосуществовать на одном физическом носителе. Различие между типами кадров возможно на основании таблицы справа.
Кроме того, все четыре типа кадров Ethernet могут дополнительно содержать тег IEEE 802.1Q для определения того, к какой VLAN он принадлежит, и его приоритета ( качества обслуживания ). Эта инкапсуляция определена в спецификации IEEE 802.3ac и увеличивает максимальный кадр на 4 октета.
Тег IEEE 802.1Q, если он присутствует, помещается между полями Source Address и EtherType или Length. Первые два октета тега - это значение идентификатора протокола тега (TPID) 0x8100. Он расположен в том же месте, что и поле EtherType / Length в немаркированных кадрах, поэтому значение EtherType 0x8100 означает, что кадр помечен, а истинный EtherType / Length находится после Q-тега. За TPID следуют два октета, содержащие информацию управления тегами (TCI) (приоритет IEEE 802.1p ( качество обслуживания ) и идентификатор VLAN). За Q-тегом следует остальная часть кадра, используя один из типов, описанных выше.
Фрейминг Ethernet II (также известный как DIX Ethernet , названный в честь DEC , Intel и Xerox , основных участников его разработки [8] ), определяет двухоктетное поле EtherType в кадре Ethernet , которому предшествуют MAC-адреса назначения и источника, которые идентифицирует протокол верхнего уровня, инкапсулированный данными кадра. Например, значение 0x0800 EtherType сигнализирует, что фрейм содержит дейтаграмму IPv4 . Аналогично, EtherType 0x0806 указывает на кадр ARP , 0x86DD указывает на IPv6. frame и 0x8100 указывает на наличие тега IEEE 802.1Q (как описано выше).
Поскольку этот промышленно разработанный стандарт прошел формальный процесс стандартизации IEEE , поле EtherType было изменено на поле длины (данных) в новом стандарте 802.3. [g] Поскольку получатель все еще должен знать, как интерпретировать кадр, стандарт требовал, чтобы заголовок IEEE 802.2 соответствовал длине и указывал тип. Много лет спустя стандарт 802.3x-1997 и более поздние версии стандарта 802.3 официально одобрили оба типа кадрирования. Фрейминг Ethernet II является наиболее распространенным в локальных сетях Ethernet из-за его простоты и меньших накладных расходов.
Чтобы разрешить использование некоторых кадров, использующих кадрирование Ethernet v2, и некоторых, использующих исходную версию формирования кадров 802.3, в одном и том же сегменте Ethernet, значения EtherType должны быть больше или равны 1536 (0x0600). Это значение было выбрано, потому что максимальная длина поля полезной нагрузки кадра Ethernet 802.3 составляет 1500 октетов (0x05DC). Таким образом, если значение поля больше или равно 1536, кадр должен быть кадром Ethernet v2, причем это поле является полем типа. [9] Если оно меньше или равно 1500, это должен быть кадр IEEE 802.3, где это поле является полем длины. Исключительные значения от 1500 до 1536 не определены. [10] Это соглашение позволяет программному обеспечению определять, является ли кадр кадром Ethernet II или кадром IEEE 802.3, обеспечивая сосуществование обоих стандартов на одном физическом носителе.
"Необработанный" формат кадра 802.3 от Novell был основан на ранней работе IEEE 802.3. Novell использовала это как отправную точку для создания первой реализации собственного сетевого протокола IPX через Ethernet. Они не использовали заголовок LLC, а начали пакет IPX сразу после поля длины. Это не соответствует стандарту IEEE 802.3, но поскольку IPX всегда имеет FF в качестве первых двух октетов (в то время как в IEEE 802.2 LLC этот шаблон теоретически возможен, но крайне маловероятен), на практике это обычно сосуществует на проводе с другими реализациями Ethernet, за заметным исключением некоторых ранних форм DECnet, которые это сбивали с толку.
Novell NetWare по умолчанию использовала этот тип кадра до середины девяностых годов, и поскольку NetWare тогда была очень широко распространена, а IP - нет, в какой-то момент большая часть мирового трафика Ethernet проходила через «чистый» 802.3, несущий IPX. Начиная с NetWare 4.10, NetWare по умолчанию использует IEEE 802.2 с LLC (тип кадра NetWare Ethernet_802.2) при использовании IPX. [11]
Некоторые протоколы, например, разработанные для стека OSI , работают непосредственно поверх инкапсуляции IEEE 802.2 LLC, которая обеспечивает как сетевые службы с установлением соединения, так и без установления соединения.
Инкапсуляция IEEE 802.2 LLC в настоящее время не широко используется в обычных сетях, за исключением крупных корпоративных установок NetWare, которые еще не перешли на NetWare через IP . В прошлом многие корпоративные сети использовали IEEE 802.2 для поддержки прозрачных мостов трансляции между сетями Ethernet и Token Ring или FDDI .
Существует Интернет-стандарт для инкапсуляции трафика IPv4 в кадры SAP / SNAP IEEE 802.2 LLC. [12] Он почти никогда не реализуется в Ethernet, хотя используется в FDDI, Token Ring, IEEE 802.11 (за исключением диапазона 5,9 ГГц , где используется EtherType) [13] и других локальных сетях IEEE 802 . IPv6 также может передаваться через Ethernet с использованием IEEE 802.2 LLC SAP / SNAP, но, опять же, это почти никогда не используется.
Изучая заголовок 802.2 LLC, можно определить, следует ли за ним заголовок SNAP. Заголовок LLC включает два восьмибитовых адресных поля, которые в терминологии OSI называются точками доступа к услугам (SAP); когда и исходный, и целевой SAP имеют значение 0xAA, за заголовком LLC следует заголовок SNAP. Заголовок SNAP позволяет использовать значения EtherType со всеми протоколами IEEE 802, а также поддерживает пространства идентификаторов частных протоколов.
В IEEE 802.3x-1997 стандарт IEEE Ethernet был изменен, чтобы явно разрешить использование 16-битного поля после MAC-адресов в качестве поля длины или поля типа.
Набор протоколов AppleTalk v2 для Ethernet (« EtherTalk ») использует инкапсуляцию IEEE 802.2 LLC + SNAP.
Мы можем рассчитать накладные расходы протокола для Ethernet в процентах (размер пакета, включая IPG).
Мы можем рассчитать эффективность протокола для Ethernet
Максимальная эффективность достигается при максимально допустимом размере полезной нагрузки и составляет:
для немаркированных кадров, поскольку размер пакета составляет максимум 1500 октетов полезной нагрузки + 8 октетов преамбулы + 14 октетов заголовка + 4 октета завершающей части + минимальный межпакетный интервал, соответствующий 12 октетам = 1538 октетов. Максимальный КПД составляет:
когда используется тегирование 802.1Q VLAN.
Пропускная способность может быть вычислена по эффективности
где чистая скорость передачи данных физического уровня ( скорость передачи данных по проводам) зависит от стандарта физического уровня Ethernet и может составлять 10 Мбит / с, 100 Мбит / с, 1 Гбит / с или 10 Гбит / с. Следовательно, максимальная пропускная способность для 100BASE-TX Ethernet составляет 97,53 Мбит / с без 802.1Q и 97,28 Мбит / с с 802.1Q.
Использование канала - это понятие, которое часто путают с эффективностью протокола. Он учитывает только использование канала, не обращая внимания на характер передаваемых данных - полезную нагрузку или служебные данные. На физическом уровне канал связи и оборудование не знают разницы между кадрами данных и управления. Мы можем рассчитать использование канала :
Общее время учитывает время приема-передачи по каналу, время обработки на хостах и время передачи данных и подтверждений. Время, потраченное на передачу данных, включает данные и подтверждения.
Короткий кадр - это кадр Ethernet, длина которого меньше минимальной длины в 64 октета согласно стандарту IEEE 802.3. Ошибочные кадры чаще всего вызываются коллизиями ; другие возможные причины - неисправная сетевая карта , опустошение буфера , несоответствие дуплексного режима или проблемы с программным обеспечением. [14]
Воспроизвести медиа
Видео, в котором объясняется, как построить Ethernet-фрейм
Воспроизвести медиа
Ethernet Физический уровень является физический уровень функциональность Ethernet семейства компьютерных сетевых стандартов. Физический уровень определяет электрические или оптические свойства и скорость передачи физического соединения между устройством и сетью или между сетевыми устройствами. Он дополняется уровень МАС и логического канального уровня .
Физический уровень Ethernet развивался за время своего существования, начиная с 1980 года, и включает в себя несколько интерфейсов физических сред и скорость на несколько порядков от 1 Мбит / с до 400 Гбит / с . Диапазон физических сред - от громоздкого коаксиального кабеля до витой пары и оптического волокна со стандартизированной дальностью действия до 40 км. В общем, программное обеспечение стека сетевых протоколов будет работать одинаково на всех физических уровнях.
Многие адаптеры Ethernet и порты коммутаторов поддерживают несколько скоростей за счет использования автосогласования для установки скорости и дуплексного режима для достижения наилучших значений, поддерживаемых обоими подключенными устройствами. Если автосогласование не удается, некоторые устройства с несколькими скоростями определяют скорость, используемую их партнером, [1], но это может привести к несоответствию дуплексного режима . За редкими исключениями порт 100BASE-TX ( 10/100 ) также поддерживает 10BASE-T, а порт 1000BASE-T ( 10/100/1000 ) также поддерживает 10BASE-T и 100BASE-TX. Большинство портов 10GBASE-T также поддерживают 1000BASE-T, [2] некоторые даже 100BASE-TX или 10BASE-T. Хотя на автосогласование практически можно положиться для Ethernet по витой паре , несколько оптоволоконных портов поддерживают несколько скоростей. В любом случае даже многоскоростные оптоволоконные интерфейсы поддерживают только одну длину волны (например, 850 нм для 1000BASE-SX или 10GBASE-SR).
К 2007 году 10 Gigabit Ethernet уже использовался как в корпоративных, так и в операторских сетях, с утвержденными стандартами 40 Gbit / s [3] [4] и 100 Gigabit Ethernet [5] . [6] В 2017 году самыми быстрыми дополнениями к семейству Ethernet стали 200 и 400 Гбит / с . [7]
СОДЕРЖАНИЕ
Обычно слои именуются в соответствии с их спецификациями: [8]
- 10, 100, 1000, 10G, . - номинальная, используемая скорость наверху физического уровня (без суффикса = мегабит / с, G = гигабит / с), исключая линейные коды, но включая другие служебные данные физического уровня ( преамбула , ЮФО , ИПГ ); некоторые WAN PHY ( W ) работают с немного сниженным битрейтом по соображениям совместимости; закодированные подуровни PHY обычно работают с более высокими битрейтами
- BASE, BROAD, PASS - указывает сигнализацию основной полосы , широкополосной или полосы пропускания соответственно
- -T, -S, -L, -E, -Z, -C, -K, -H . - средний ( PMD ): T = витая пара , S = 850 нм короткая длина волны ( многомодовое волокно ), L = 1300 нм (в основном одномодовое волокно ), E или Z = 1500 нм сверхдлинноволновый (одномодовый), B = двунаправленное волокно (в основном одномодовое) с использованием WDM , P = пассивный оптический ( PON ), C = медь / твинаксиальный кабель , K = объединительная плата , 2 или 5 или 36 = коаксиальный кабель с радиусом действия 185/500/3600 м (устаревший), F = волокно, различные длины волн, H = пластиковое оптическое волокно
- X, R - метод кодирования PCS ( зависит от поколения): X для блочного кодирования 8b / 10b ( 4B5B для Fast Ethernet), R для кодирования больших блоков ( 64b / 66b )
- 1, 2, 4, 10 - для LAN PHY указывает количество полос, используемых на ссылку; для WAN PHYs указывает радиус действия в километрах
Для 10 Мбит / с кодировка не указана, поскольку во всех вариантах используется манчестерский код . Большинство слоев витой пары используют уникальную кодировку, поэтому чаще всего используется просто -T .
Охват , особенно для оптических соединений, определяются как максимально достижимая длиной линии связи , который гарантированно работает , когда все параметры канала выполнены ( модальные полосы пропускания , затухание , вносимые потери и т.д.). При лучших параметрах канала часто может быть достигнута более длинная и стабильная длина канала. И наоборот, канал с худшими параметрами канала тоже может работать, но только на меньшем расстоянии. Досягаемость и максимальное расстояние имеют одно и то же значение.
В следующих разделах приводится краткое описание официальных типов носителей Ethernet. В дополнение к этим официальным стандартам многие поставщики по разным причинам внедрили собственные типы носителей - часто для поддержки больших расстояний по оптоволоконным кабелям.
Ранние стандарты Ethernet использовали манчестерское кодирование, чтобы сигнал самосинхронизировался и на него не влияли фильтры верхних частот .
Все варианты Fast Ethernet используют звездообразную топологию и обычно используют линейное кодирование 4B5B .
Все варианты Gigabit Ethernet используют звездообразную топологию. Варианты 1000BASE-X используют кодировку 8b / 10b PCS. Первоначально полудуплексный режим был включен в стандарт, но с тех пор от него отказались. [14] Очень немногие устройства поддерживают гигабитную скорость в полудуплексе.
2.5GBASE-T и 5GBASE-T представляют собой уменьшенные варианты 10GBASE-T и обеспечивают больший радиус действия по сравнению с кабелями до Cat 6A . Эти физические уровни поддерживают только витую пару медных кабелей.
10 Gigabit Ethernet - это версия Ethernet с номинальной скоростью передачи данных 10 Гбит / с, что в десять раз быстрее, чем Gigabit Ethernet. Первый стандарт 10 Gigabit Ethernet, IEEE Std 802.3ae-2002, был опубликован в 2002 году. Последующие стандарты охватывают типы носителей для одномодового волокна (дальняя связь), многомодового волокна (до 400 м), медной объединительной платы (до 1 м) и медной витой пары (до 100 м). Все 10-гигабитные стандарты были объединены в IEEE Std 802.3-2008. В большинстве 10-гигабитных вариантов используется код PCS 64/66 бит ( -R ). 10 Gigabit Ethernet, в частности 10GBASE-LR и 10GBASE-ER , занимает значительную долю рынка в операторских сетях.
Однополосный 25-гигабитный Ethernet основан на одной 25,78125-гигабитной полосе из четырех из четырех из стандарта 100 Gigabit Ethernet, разработанного целевой группой P802.3by. [17] 25GBASE-T по витой паре был одобрен наряду с 40GBASE-T в IEEE 802.3bq. [18] [19]
Этот класс Ethernet был стандартизирован в июне 2010 года как IEEE 802.3ba вместе с первым поколением 100 Гбит / с, с добавлением в марте 2011 года как IEEE 802.3bg, [20] [21] и самый быстрый, но все же стандарт витой пары в IEEE. 802.3bq-2016. Номенклатура выглядит следующим образом : [22]
Рабочая группа IEEE 802.3cd разработала 50 Гбит / с вместе со стандартами следующего поколения 100 и 200 Гбит / с с использованием линий 50 Гбит / с - [23]
Первое поколение 100G Ethernet с использованием линий 10 и 25 Гбит / с было стандартизировано в июне 2010 года как IEEE 802.3ba наряду с 40 Гбит / с. [20] Второе поколение, использующее полосы пропускания 50 Гбит / с, было разработано рабочей группой IEEE 802.3cd вместе со стандартами 50 и 200 Гбит / с. [23] Третье поколение, использующее одну полосу 100 Гбит / с, в настоящее время разрабатывается Целевой группой IEEE 802.3ck вместе с физическими уровнями 200 и 400 Гбит / с и интерфейсами подключаемых модулей (AUI), использующими полосы 100 Гбит / с. [24]
Первое поколение 200 Гбит / с было определено рабочей группой IEEE 802.3bs и стандартизировано в 802.3bs-2017. [25] Целевая группа IEEE 802.3cd разработала стандарты 50 и следующего поколения на 100 и 200 Гбит / с с использованием одной, двух или четырех линий 50 Гбит / с соответственно. [23] Следующее поколение, использующее линии 100 Гбит / с, в настоящее время разрабатывается Целевой группой IEEE 802.3ck вместе с физическими уровнями 100 и 400 Гбит / с и интерфейсами подключаемых модулей (AUI), использующими линии 100 Гбит / с. [24]
Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) определил новый стандарт Ethernet , способный 200 и 400 Гбит / с в IEEE 802.3bs-2017. [25] Еще одной целью может быть 1 Тбит / с. [26]
В мае 2018 года IEEE 802.3 запустил рабочую группу 802.3ck для разработки стандартов для PHY 100, 200 и 400 Гбит / с и интерфейсов подключаемых модулей (AUI) с использованием линий 100 Гбит / с. [24]
В 2008 году Роберт Меткалф , один из соавторов Ethernet, сказал, что, по его мнению, коммерческие приложения, использующие Terabit Ethernet, могут появиться к 2015 году, хотя для этого могут потребоваться новые стандарты Ethernet. [27] Было предсказано, что за этим быстро последует масштабирование до 100 Терабит, возможно, уже в 2020 году. Стоит отметить, что это были теоретические прогнозы технологических возможностей, а не оценки того, когда такие скорости действительно станут доступны в практическая цена. [28]
Ethernet Technology Consortium (бывший 25 Gigabit Ethernet Consortium ) предложил PCS 800 Гбит / с Ethernet Variant на основе плотно комплектного 400GBASE-R в апреле 2020 г. [29]
Имя | Стандарт (пункт) | Общие разъемы | Описание |
---|---|---|---|
800GBASE-R | По состоянию на апрель 2020 [Обновить] года подуровни PCS и PMA, похоже, определены с использованием восьми полос по 100 Гбит / с каждая и подключения к модулю приемопередатчика через интерфейс C2M или C2C, определенный в 802.3ck. [30] |
Для предоставления услуг доступа в Интернет напрямую от провайдеров для дома и малого бизнеса:
Имя | Стандарт (пункт) | Описание |
---|---|---|
10BaseS | Собственный [31] | Ethernet через VDSL , используемый в продуктах Long Reach Ethernet ; [32] использует полосу пропускания вместо указанной основной полосы |
2BASE-TL | 802.3ah-2004 (61 и 63) | По телефонным проводам |
10PASS-TS | 802.3ah-2004 (61 и 62) | |
100BASE-LX10 | 802.3ah-2004 (58) | Одномодовое оптоволокно |
100BASE-BX10 | ||
1000BASE-LX10 | 802.3ah-2004 (59) | |
1000BASE-BX10 | ||
1000BASE-PX10 | 802.3ah-2004 (60) | Пассивная оптическая сеть |
1000BASE-PX20 | ||
10GBASE-PR 10 / 1GBASE-PRX | 802.3av-2009 (75) | Пассивная оптическая сеть 10 Гбит / с с восходящим каналом 1 или 10 Гбит / с на расстояние 10 или 20 км |
Начиная с Fast Ethernet, спецификации физического уровня разделены на три подуровня для упрощения проектирования и взаимодействия: [33]
- PCS ( Physical Coding Sublayer ) - этот подуровень выполняет автосогласование и базовое кодирование, такое как 8b / 10b, разделение полос и рекомбинацию. Для Ethernet скорость передачи в верхней части PCS - это номинальная скорость передачи данных , например 10 Мбит / с для классического Ethernet или 1000 Мбит / с для Gigabit Ethernet.
- PMA ( Подуровень присоединения физического носителя ) - этот подуровень выполняет формирование кадров PMA, синхронизацию / обнаружение октетов и полиномиальное скремблирование / дескремблирование.
- PMD ( подуровень, зависящий от физической среды ) - этот подуровень состоит из приемопередатчика для физической среды.
Несколько разновидностей Ethernet были специально разработаны для работы по 4-парным медным структурированным кабелям, уже установленным во многих местах.
В отличие от 10BASE-T и 100BASE-TX, 1000BASE-T и выше используют все четыре пары кабелей для одновременной передачи в обоих направлениях за счет использования эхоподавления .
Использование двухточечных медных кабелей дает возможность передавать вместе с данными малую электрическую мощность. Это называется Power over Ethernet, и существует несколько дополнительных стандартов IEEE 802.3. Комбинация 10BASE-T (или 100BASE-TX) с «режимом A» позволяет концентратору или коммутатору передавать как мощность, так и данные только по двум парам. Это было сделано для того, чтобы две другие пары оставались свободными для аналоговых телефонных сигналов. [34] [ неудачная проверка ] Контакты, используемые в «режиме B», подают питание по «запасным» парам, не используемым 10BASE-T и 100BASE-TX. «4PPoE», определенный в IEEE 802.3bt, может использовать все четыре пары для обеспечения до 100 Вт.
Штырь | Пара | Цвет | телефон | 10BASE-T [35] 100BASE-TX [36] | 1000BASE-T [37] и далее | PoE режим A | PoE режим B |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 3 | белый / зеленый | TX + | BI_DA + | 48 В на выходе | ||
2 | 3 | зеленый | TX- | BI_DA– | 48 В на выходе | ||
3 | 2 | белый / оранжевый | RX + | BI_DB + | 48 В возврат | ||
4 | 1 | синий | звенеть | неиспользованный | BI_DC + | 48 В на выходе | |
5 | 1 | белый / синий | кончик | неиспользованный | BI_DC– | 48 В на выходе | |
6 | 2 | апельсин | RX− | BI_DB– | 48 В возврат | ||
7 | 4 | белый / коричневый | неиспользованный | BI_DD + | 48 В возврат | ||
8 | 4 | коричневый | неиспользованный | BI_DD– | 48 В возврат |
Требования к кабелю зависят от скорости передачи и используемого метода кодирования. Как правило, для более высоких скоростей требуются как кабели более высокого качества, так и более сложное кодирование.
Волоконно-оптические соединения имеют минимальную длину кабеля из-за требований к уровню принимаемых сигналов. [38] Оптоволоконные порты, предназначенные для работы на больших длинах волн, требуют наличия аттенюатора сигнала, если они используются в здании.
Для установок 10BASE2, работающих на коаксиальном кабеле RG-58, требуется минимум 0,5 м между станциями, подключенными к сетевому кабелю, это необходимо для минимизации отражений. [39]
В установках 10BASE-T, 100BASE-T и 1000BASE-T, использующих витую пару, используется топология звезды . Для этих сетей не требуется минимальной длины кабеля. [40] [41]
Некоторые сетевые стандарты не являются частью стандарта IEEE 802.3 Ethernet, но поддерживают формат кадра Ethernet и могут взаимодействовать с ним.
-
- предварительный стандарт SynOptics для витой пары со скоростью 10 Мбит / с. - один из первых претендентов на Ethernet 100 Мбит / с. Он работает по кабелю категории 3. Использует четыре пары. Коммерческий провал.
- TIA 100BASE-SX - поддерживается Ассоциацией телекоммуникационной индустрии . 100BASE-SX - это альтернативная реализация Ethernet 100 Мбит / с по оптоволокну; он несовместим с официальным стандартом 100BASE-FX. Его главная особенность - совместимость с 10BASE-FL , поддержка автосогласования между 10 Мбит / с и 100 Мбит / с - функция, отсутствующая в официальных стандартах из-за использования светодиодов разной длины волны. Он рассчитан на установленную базу волоконно-оптических сетей со скоростью 10 Мбит / с.
- TIA 1000BASE-TX - предложенный Ассоциацией телекоммуникационной промышленности , это был коммерческий провал, и никаких продуктов не существует. 1000BASE-TX использует более простой протокол, чем официальный стандарт 1000BASE-T, поэтому электроника может быть дешевле, но требует кабелей категории 6 . - стандарт, разработанный ITU-T и продвигаемый HomeGrid Forum для высокоскоростных (до 1 Гбит / с) локальных сетей по существующей домашней проводке ( коаксиальные кабели , линии электропередач и телефонные линии). G.hn определяет уровень конвергенции прикладных протоколов (APC), который принимает кадры Ethernet и инкапсулирует их в MSDU G.hn.
Другие сетевые стандарты не используют формат кадра Ethernet, но все же могут быть подключены к Ethernet с использованием моста на основе MAC.
-
стандарты для беспроводных локальных сетей (LAN), продаваемые под торговой маркой Wi-Fi. стандарты для беспроводных городских сетей (MAN), продаваемые под торговой маркой WiMAX.
Другие специализированные физические уровни включают Avionics Full-Duplex Switched Ethernet и TTEthernet - Ethernet с синхронизацией по времени для встроенных систем.
Ethernet – технология локальных сетей, отвечающая за передачу данных по кабелю, доступную для устройств компьютерных и промышленных сетей. Данная технология располагается на канальном (подуровни LLC и MAC) и физическом уровнях модели OSI.
По скорости передачи данных существуют такие технологии:
- Ethernet – 10 Мб/с
- Fast Ethernet – 100 Мб/с
- Gigabit Ethernet – 1 Гб/с
- 10G Ethernet – 10 Гб/с
Современное оборудование позволяет достигать скорости в 40 Гб/с и 100 Гб/с: такие технологии получили название 40GbE и 100GbE соответственно.
Также стоит выделить классический и коммутируемый Ethernet. Первый изначально использовал разделяемую среду в виде коаксиального кабеля, который позже был вытеснен концентраторами (hub). Основные недостатки – низкая безопасность и плохая масштабируемость (искажение данных при одновременной передаче 2-мя и более компьютерами, также известное как "коллизия").
Коммутируемый Ethernet является более новой и усовершенствованной технологией, которая используется по сей день. Чтобы устранить недостатки предыдущей версии, разделяемую среду исключили и использовали соединение точка-точка. Это стало возможным благодаря новым устройствам под названием "коммутаторы" (switch).
Классическая технология Ethernet давно и успешно заменена новыми технологиями, но некоторые нюансы работы сохранились. Рассмотрим классическую версию.
Физический уровень включает в себя 3 варианта работы Ethernet, которые зависят от сред передачи данных. Это:
- коаксиальный кабель
- витая пара
- оптоволокно
Канальный, в свою очередь, включил методы доступа, а также протоколы, что ничем не отличаются для различных сред передачи данных. Подуровни LLC и MAC в классической технологии присутствуют вместе.
MAC-адреса позволяют идентифицировать устройства, подключенные к сети Ethernet, и идентичных при этом быть не должно, в противном случае из нескольких устройств с одинаковыми адресами будет работать только одно.
По типам MAC-адреса разделяются на:
- Индивидуальные (для отдельных компьютеров).
- Групповые (для нескольких компьютеров).
- Широковещательные (для всех компьютеров сети).
Адреса могут назначаться как производителем оборудования (централизованно), так и администратором сети (локально).
Технология Ethernet и формат кадра:
Также не стоит забывать о коллизиях. Если сигнал, который принят, отличается от переданного, это означает, что произошла коллизия.
Технология CSMA/CD разработана с учетом возникновения коллизий и предполагает их контроль. Модель CSMA/CD выглядит следующим образом:
Классический Ethernet плох тем, что становится неработоспособным при нагрузке более чем 30%.
На сегодняшний день это наиболее оптимальная альтернатива, которая полностью исключает возможность появления коллизий и связанных с ними проблем.
Суть коммутируемого Ethernet в том, что вместо хаба используется свич (коммутатор) – устройство, которое работает на канальном уровне и обладает полносвязной топологией, что обеспечивает соединение всех портов друг с другом напрямую по технологии точка-точка.
Таблицы коммутации есть в каждом таком устройстве. Они описывают, какие компьютеры к какому порту свича подключены. Чтобы узнать MAC-адреса, используется алгоритм обратного обучения, а для передачи данных – алгоритм прозрачного моста.
Простейшая таблица коммутации:
Алгоритм обратного обучения работает таким образом: коммутатор принимает кадры, анализирует заголовок и извлекает из него адрес отправителя. Таким образом, к определенному порту подключен компьютер с конкретным MAC-адресом.
Прозрачный мост не требует настройки и так назван за счет того, что он не заметен для сетевых устройств (у него нет своего MAC-адреса). Коммутатор принимает кадр, анализирует заголовок, извлекает из него адрес получателя и сопоставляет его с таблицей коммутации, определяя порт, к которому подключено устройство. Таким образом, кадр передается на конкретный порт получателя, а не на все порты, как в случае с концентратором. Если же адрес не найден в таблице, коммутатор работает так же, как и хаб.
Технология Ethernet претерпела немало изменений с момента своего появления. Сегодня она способна обеспечить высокоскоростное соединение, лишенное коллизий и не ограниченное небольшой нагрузкой сети, как это было в случае с классическим Ethernet.
В современных локальных сетях используются коммутаторы, которые по своей функциональности значительно эффективнее концентраторов. Больше нет разделяемой среды и связанных с ней коллизий, затрудняющих работу с сетью. Свичи анализируют заголовки и передают кадры только конечному получателю по принципу точка-точка. Способны "изучать" сеть благодаря таблице коммутации и алгоритму обратного обучения.
Плюсами коммутируемого Ethernet являются масштабируемость, высокая производительность и безопасность.
Читайте также: