Технология Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10GE).

Технология Ethernet – пакетная технология передачи данных, используемая преимущественно в локальных вычислительных сетях (ЛВС). Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, а также формат кадров и протоколы управления доступом к среде на канальном уровне модели OSI.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель. Таким образом, на данный момент физические спецификации технологии Ethernet включают следующие среды передачи данных и их характеристики (число 10 обозначает битовую скорость передачи данных - 10 Мб/с, а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте):

· 10Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый "толстым" коаксиалом. Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).

· 10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый "тонким" коаксиалом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).

· 10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (UTP), в котором для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории 3 или 5. Образует звездообразную топологию с концентратором (пассивная звезда). Расстояние между концентратором и конечным узлом не должно превышать 100 м.

· FOIRL — (Fiber-optic inter-repeater link) – оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без повторителя – 1000 м.

· 10Base-FL - оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на витой паре. Расстояние – до 2000 м.

Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:

§ возможность работы в дуплексном режиме;

§ низкая стоимость кабеля «витой пары»;

§ более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле;

§ минимально допустимый радиус изгиба меньше;

§ большая помехозащищенность из-за использования дифференциального сигнала;

§ возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);

§ отсутствие гальванической связи (прохождения тока) между узлами сети. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

Cети технологии Fast Ethernet имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах. Скорость передачи (100Мб/с) увеличилась в 10 раз по сравнению с Ethernet.

Официальный стандарт 802.3u установил несколько различных спецификаций для физического уровня Fast Ethernet:

· 100Base-TX — для 2-парного кабеля на неэкранированной (UTP) витой паре категории 5 или экранированной витой паре STP Type 1. Фактически является развитием стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии «звезда». Поддерживается дуплексная передача данных. Расстояние - до 100 м;

· 100Base-T4 — для 4-парного кабеля на неэкранированной витой паре категорий 4 или 5. Задействованы все 4 пары проводников, передача данных идёт в полудуплексе;

· 100Base-T2 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы только две пары проводников. Поддерживается полный дуплекс, когда сигналы распространяются в противоположных направлениях по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Мбит/с;

· 100Base-FX — для многомодового оптоволоконного кабеля, использующего 2 волокна.

· 100BASE-SX — стандарт, использующий многомодовое волокно. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексе (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полном дуплексе;

· 100BASE-FX — стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в оптическом кабеле и мощностью передатчиков, по разным материалам от 2х до 10 километров;

· 100BASE-FX WDM — стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в волоконно-оптическом кабеле и мощностью передатчиков. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются либо цифрами (длина волны) либо одной латинской буквой A(1310) или B(1550).

Основная идея стандарта Gigabit Ethernet (802.3z и 802.3ab) – максимальное сохранение идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с (1 Гб/с) на основных типах кабелей.

Трафик Gigabit Ethernet передается по следующим типам кабеля:

1. 1000BASE-T — стандарт, использующий витую пару категорий 5. В передаче данных участвуют 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по каждой паре. Используется метод кодирования PAM5, частота основной гармоники 62,5 МГц. Расстояние до 100 метров

2. 1000BASE-TX — создан Ассоциацией Телекоммуникационной Промышленности (Telecommunications Industry Association, TIA), использует раздельную приёмо-передачу (по одной паре в каждом направлении), что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств. Ещё одним существенным отличием 1000BASE-TX является отсутствие схемы цифровой компенсации наводок и возвратных помех, в результате чего сложность, уровень энергопотребления и цена процессоров становится ниже, чем у процессоров стандарта 1000BASE-T. Но, как следствие, для стабильной работы по такой технологии требуется кабельная система высокого качества, поэтому 1000BASE-TX может использовать только кабель 6 категории. 1000BASE-TX использует более простой протокол, чем стандарт 1000BASE-T, и поэтому может использовать более простую электронику.

3. 1000BASE-SX — стандарт, использующий многомодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя – до 550 метров.

4. 1000BASE-LX — стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя – до 5 километров.

5. 1000BASE-LH (Long Haul) — стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя – до 100 километров^.

Новый стандарт IEEE 802.3ae описывает технологию Ethernet со скоростью 10 Гб/с и включает в себя следующие стандарты физической среды для локальных, городских и региональных сетей:

6. 10GBASE-CX4 — Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4.

7. 10GBASE-SR — технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое волокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового волокна (2000 МГц/км).

8. 10GBASE-LX4 — использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового волокна.

9. 10GBASE-LR и 10GBASE-ER — эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.

10. 10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW — используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.

11. 10GBASE-T — использует экранированную витую пару. Расстояния — до 100 метров.

Технология Token Ring

Технология Token Ring была разработана компанией IBM в 1984 г., а затем передана в комитет IEEE 802, который на ее основе принял в 1985 г. стандарт IEEE 802.5.

Сети Token Ring используют разделяемую среду передачи данных, состоящую из отрезков кабеля, соединяющего все станции сети в кольцо. Кольцо является общим разделяемым ресурсом, для доступа к которому требуется не случайный алгоритмм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном (token).

Сети Token Ring работают с 2-мя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.

Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении и от одной станции к другой. Кадр данных снабжен адресом назначения и адресом источника.

Технология Token Ring является более сложной, чем Ethernet, и обладает элементами отказоустойчивости. За счет обратной связи кольца, одна из станций – активный монитор – непрерывно контролирует работу сети (наличие маркера, время его оборота).

Сети Token Ring используют в качестве физической среды экранированную и неэкранированную витую пару, а также оптоволоконный кабель. Максимальное количество станций в кольце - 260, максимальная длина кольца - 4 км.

Недавно компания IBM предложила новый вариант технологии Token Ring, названный High-Speed Token Ring, HSTR. Эта технология поддерживает скорости в 100 и 155 Мбит/с, сохраняя основные особенности технологии Token Ring.

Технология FDDI

FDDI (англ., Fiber Distributed Data Interface – оптоволоконный интерфейс распределенных данных) – первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является оптоволоконный кабель. Работы по созданию технологий и устройств для использования оптоволоконных каналов в локальных сетях начались в 80-е годы. Первые версии стандарта FDDI обеспечивали передачу кадров со скоростью 100 Мбит/с по двойному оптоволоконному кольцу длиной до 100 км.

Существует значительная преемственность между технологиями Token Ring и FDDI: для обеих характерны кольцевая топология и маркерный метод доступа. Применяется также звездно-кольцевая топология с концентраторами, включенными в кольцо.

Технология FDDI является наиболее отказоустойчивой. При однократных отказах кабельной системы или станции сеть, за счет «сворачивания» двойного кольца в одинарное, остается вполне работоспособной.

В качестве физической среды технология FDDI использует оптоволоконный кабель и неэкранированную витую пару категории 5 (этот вариант физического уровня называется TP-PMD).

Максимальное количество станций двойного подключения в кольце - 500, максимальный диаметр двойного кольца - 200 км. Максимальные расстояния между соседними узлами для многомодового кабеля - 2 км, для неэкранированной витой пары UTP категории 5 - 100 м.

Технология 100VG-AnyLAN

В качестве альтернативы технологии Fast Ethernet фирмы ITNT, IBM и HP выдвинули проект новой технологии со скоростью передачи данных 100 Мб/с - 100Base-VG. Проект был расширен за счет поддержки в одной сети кадров не только формата Ethernet, но и формата Token Ring (отсюда название AnyLAN – «любая сеть»).

В 1995 г. технология 100VG-AnyLAN получила статус стандарта IEEE 802.12.

В технологии 100VG-AnyLAN используется новый метод доступа Demand Priority, который повышает коэффициент использования пропускной способности сети за счет введения детерминированного метода разделения общей среды по 2 уровням приоритетов: низкий - для обычных приложений и высокий - для мультимедийных.

Максимальный размер сети – 600 м для неэкранированной витой пары.

Технология 100VG-AnyLAN имеет меньшую популярность среди производителей коммуникационного оборудования, чем конкурирующее предложение – технология Fast Ethernet.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наиболее популярной технологией вычислительных сетей, начиная с 1990-х гг., является технология Ethernet. Именно на ее основе удалось разработать технологии со скоростью передачи данных 10 Гб/с.

Согласно наблюдениям Группы IEEE (англ. Institute of Electrical and Electronics Engineers – Институт инженеров по электротехнике и электронике), требования к полосе пропускания для вычислительных задач и приложений ядра сети растут с разными скоростями, что определяет необходимость двух соответствующих стандартов для следующих поколений Ethernet — 40 Gigabit Ethernet (или 40GbE) и 100 Gigabit Ethernet (или 100GbE).

В настоящее время серверы, высокопроизводительные вычислительные кластеры, блэйд-системы используют, преимущественно, технологии 1GbE и 10GbE.

В 2008 г. было заявлено о том, что ведутся работы по разработке технологии Ethernet со скоростью передачи 1 Тб/с.

3. Контрольные вопросы к теме №2

Что понимают под средой передачи данных?

Какие среды можно назвать искусственными?

Какие среды относятся к естественным?

Опишите структуру коаксиального кабеля.

Назовите основные характеристики коаксиального кабеля.

Опишите структуру витой пары.

Назовите основные характеристики витой пары.

Какие виды витой пары выделяют и в чем заключаются их преимущества и недостатки?

Назовите основные характеристик технологии Ethernet.

Какие среды передачи данных и их характеристики включают физические спецификации технологии Ethernet?

Перечислите преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем.

Назовите причину перехода на оптический кабель.

Назовите спецификации для физического уровня Fast Ethernet.

Опишите принцип передачи данных в сети Token Ring.

За счет чего одна из станций в сети Token Ring - активный монитор - непрерывно контролирует работу сети?

В чем заключается отличительная черта сети FDDI?

Рекомендуемая литература к теме №2

Башлы П.Н., Современные сетевые технологии: Уч. пособие. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006 г., - 334 с.: ил.

Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети. Учебное пособие для вузов. - М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003 г., - 608 с.: ил.

Д.Н. Колисниченко. Сделай сам компьютерную сеть. Монтаж, настройка, обслуживание. Изд. 2-е, перераб. и доп. - СПб.: Наука и Техника, 2006. - 448с.

Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - СПб.: Питер, 2003 г., - 627с.: ил.

Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. - СПб.: Питер, 2000 г., - 704 с.: ил.

Интернет-ресурсы к теме №2

http://citforum.ru/nets/semenov/ Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ). Телекоммуникационные технологии

http://www.fiberman.ru/articles/fddi/construction-fddi/ Построение сетей FDDI

http://network.xsp.ru/ Компьютерные сети. Практические вопросы.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Ethernet

http://ru.wikipedia.org/wiki/FDDI