Елементи системи Ethernet

Систему Ethernet складають три основні елементи:

· фізичне середовище, яке застосоване для переносу сигналів Ethernet між комп’ютерами;

· рамка (пакет) Ethernet, яка складається із стандартизованої системи бітів, використаної для переносу даних через систему;

· правила доступу до середовища, вбудовані в кожний інтерфейс Ethernet, що дозволяє багатьом комп’ютерам коректно здобувати доступ до спільних каналів Ethernet.

Локальні мережі Ethernet використовують широкомовну мережеву топологію, тобто сигнал, який передається довільною станцією, досягає до всіх інших станцій в мережі. Щоб вислати дані, станція спочатку прослухує канал, і коли канал простоює, станція висилає свої дані, упаковані у вигляді рамки або пакету Ethernet.

Після передавання кожної рамки, всі станції в мережі мусять змагатися за нагоду передати наступну рамку. Цим досягається коректність доступу до мережевого зв'язкового каналу, завдяки чому жодна станція не може блокувати інші станції. Доступ до спільного каналу визначений механізмом управління доступом до середовища (Medium Access Control - MAC), вбудованим в інтерфейс Ethernet, розміщений у кожній станції. Механізм управління доступом до середовища оснований на системі, яка називається множинний доступ з розпізнаванням носія і виявленням колізій (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - CSMA/CD).

Кожна станція в мережі має унікальну адресу. Повідомлення може бути адресоване таким чином:

· Адресація конкретній станції - повідомлення адресується тільки одній станції в мережі.

· Багатоадресна адресація - повідомлення адресується групі станцій через зв’язок їх унікальних адрес з логічним ім’ям (наприклад, файлові сервери, принт-сервери).

· Широкомовна адресація - повідомлення адресується всім станціям.

Адреси і рамки Ethernet.

Основою системи Ethernet є пакет або рамка Ethernet, яка застосовується для передачі даних між комп’ютерами. Рамка складається із системи бітів, організованих в окремі поля. Загальний вигляд типової рамки Ethernet показаний на рис. 1.4.

Перші два поля в рамці переносять 48-бітові (8-октетні) адреси, які називають адресою призначення та адресою джерела. IEEE керує призначенням цих адрес шляхом адміністрування порцією адресного поля. Ця 48-бітова адреса відома як фізична адреса, адреса обладнання або MAC-адреса.

Границі байтів (октетів) è
Преамбула/початковий обмежувач рамки (8)
Адреса призначення (6)										­
Адреса джерела (6)									Поле рамки
Тип рамки (2)										¯
Дані										­
(46...1500)	.								Поле даних	46...1500
Доповнення(якщо потрібно)										¯
Контрольна послідовність (4)									Поле рамки
Повна довжина рамки	64...1518 байт

Рис. 1.4. Рамка в стандарті Ethernet II

Протокол CSMA/CD.

Протоколи, в яких станції прослуховують носія (тобто розпізнають наявність передавання) і діють відповідно до його присутності або відсутності, називають протоколами з розпізнаванням носія. Це означає, що принципово можна розрізнити сигнали для логічних "1", "0" і відсутність сигналів у каналі зв'язку. В термінології Ethernet, будь-який інтерфейс мусить очікувати до моменту, коли в каналі немає сигналу, і тільки тоді починати передавання. Якщо в цей час передає інший інтерфейс, то в каналі буде наявний сигнал, який називають носієм. Всі інші інтерфейси мусять чекати, доки наявність носія припиниться, перш ніж пробувати передавати, і цей процес називають розпізнаванням носія.

Всі інтерфейси Ethernet рівні у своїй можливості вислати пакет у мережу, тобто жоден не має вищого пріоритету. Це називають множинним доступом.

Оскільки сигнал потребує певного часу, щоб переміститися з одного кінця мережі до іншого, то перший біт переданого пакету не осягає всіх частин мережі одночасно. Отже, можливо, що два інтерфейси, прослуховуючи мережу, встановлюють, що вона простоює і одночасно починають передавання своїх пакетів. Якщо це остається, то система Ethernet має шлях для виявлення колізії, зупинки передавання і повторного передавання пакетів. Це називають виявленням колізії. При виявленні колізії кожна із станцій повинна негайно припинити передавання, перш ніж завершиться висилання їх рамок. Негайне припинення висилання фрагментів рамок зберігає час та ширину смуги.

Продуктивність мережі з протоколом CSMA/CD.

Оцінимо продуктивність мережі 802.3, яка використовує протокол CSMA/CD. Приймемо високе і постійне навантаження на мережу, коли багато станцій постійно готові до передавання.

Рис.1.5. Ефективність каналу в залежності від кількості станцій при різних довжинах рамок.

На рис. 1.5 показані результати розрахунку ефективності каналу для смуги 10 Мб/с.

Чим більша кількість вузлів і чим більша кількість фізичних сегментів, з'єднаних через повторювачі, тим більша ймовірність виникнення колізії.

Внаслідок цього продуктивність мереж Ethernet швидко спадає більш ніж на 40% від смуги пропускання 10 Мб/с, тобто на понад 4 Мб/с для мереж з номінальною швидкістю 10 Мб/с і на більш ніж на 40 Мб/с для номіналу 100 Мб/с. Максимальна продуктивність в дійсності не перевищує 6 Мб/c або 60 Мб/c відповідно.