Ethernet

Ethernet a LAN

• Ethernet je technologie, která se používá pro budování lokálních sítí (LAN)

• Připojená zařízení v lokální síti (LAN, Local Area Network)

  • pracují v režimu bez navazování spojení

  • sdílejí jeden přenosový prostředek, ke kterému je umožněn mnohonásobný přístup.

• v modelu ISO/OSI realizuje fyzickou a linkovou vrstvu

• v modelu TCP/IP pak vrstvu síťového rozhraní

• měl „sdílenou“ povahu

• díky switchingu se mění na „nesdílenou“ přenosovou technologii

Fyzická vrstva

• Fyzické parametry linky - média (kabely, rádio, světlo), signály a binární přenos.

  • může používat různá přenosová média

    • koaxiální kabel

    • kroucená dvoulinka

    • optický kabel

• Řeší fyzické poslání dat (přenášeným bitům nepřiřazuje žádný význam).

Ethernet - Historie

• Původní protokol

  • 1980 – rychlost 10 Mbit/s

  • byl vyvinut firmami DEC, Intel, Xerox pro potřeby kancelářských aplikací.

  • Později byl v poněkud pozměněné podobě normalizován institutem IEEE jako norma IEEE 802.3

• Pracovní skupina 802.3 další vývoj: možnost využití jiných přenosových médií

  • Tenký koax (1985)

  • Optické vlákno (1987)

  • Kroucená dvoulinka (1990)

  • Stomegabitový Ethernet (1995)

  • Plně duplexní Ethernet (1997)

  • Gigabitový Ethernet (1998)

• Jednotka: Bit

• Metropolitní Ethernet

Linková vrstva ISO/OSI

• Detekce chyb, řízení toku dat a přístupu na médium.

  • MAC - media access control

Ethernetové adresy

MAC adresy

  - používají se 48-bitové (6bytové) adresy

  - adresy na úrovni podvrstvy Medium Access Layer

• LLC - logical link control,

• Fyzická adresace

  • Komunikace mezi dvěma zařízeními v jednom subnetu (nebo na bránu) pomocí MAC adresy.

• Jednotky: rámce - framy (hlavička + data + zápatí).

• každé ethernetové rozhraní by mělo mít celosvětově unikátní adresu

  • adresy jsou pevně nastaveny na jednotlivých adaptérech již při výrobě

  • jednotlivý výrobci dostávají přidělené „bloky“ adresového prostoru

  • každý výrobce dostane od IEEE identifikátor OUI (Organizationally Unique Identifier), který představuje nejvyšší 3 byty adresy

    • novell: 00-00-1B

    • 3Com: 00-20-AF

    • SMC: 00-40-27

• http://standards-oui.ieee.org/oui/oui.txt

Ethernetové rámce

• rozlišujeme rámce

  • na úrovni podvrstvy MAC (nižší)

  • na úrovni podvrstvy LLC (vyšší)

• MAC rámec musí definovat

  • adresu příjemce a odesilatele

  • typ (druh) obsahu

Druhy MAC rámců

• Rámce Ethernet II - z původního DIX Ethernetu

• Rámec IEEE 802.3 - Do nich se vkládají rámce IEEE 802.2 (rámce podvrstvy LLC)

• Rámce raw 802.3 - Používala firma Novell

• Rámce 802.3 SNAP

• Min. velikost rámce Ethernetu je 64 bajtů

• ● …

Ethernetový rámec

• Preambule - Skládá se z 8 byte, střídavě binární 0 a 1 . Poslední byte má tvar 10101011 a označuje začátek vlastního rámce . Preambule slouží k synchronizaci. Poslední byte se někdy nazývá omezovač počátku rámce (Starting Frame Delimiter, SFD).

• Cílová adresa a zdrojová adresa (6B) - fyzická MAC adresy, musí být stejného typu, je to vždy individuální adresa konkrétní stanice (rozhraní).

• Typ protokolu nebo délka

• Data - Pole dlouhé minimálně 46 B a maximálně 1500 B. Minimální délka je nutná pro správnou detekci kolizí.

• Zabezpečení - (Frame Check Sequence, FCS) Dvaatřicetibitový cyklický kontrolní kód, který se počítá ze všech polí s výjimkou preambule a FCS

Filosofie Ethernetu

• Počítá s všesměrovým vysíláním

Označení

Přenos v základním pásmu (baseband)

• Přístupová metoda je CSMA/CD

• Logicky sběrnicová topologie / dnes hvězda - dává Ethernetu „sdílený“ charakter,

  • Všechny uzly (v rámci jedné kolizní domény) se dělí o jednu společnou přenosovou kapacitu

  • Sdílený charakter končí na na nejbližším mostu, přepínači, směrovači

  • Když stanice obdrží paket s jinou než vlastní adresou, zahodí jej.

10 Base 5(T)

Maxim. délka kabelového Přenosová segmentu (stovky metrů) rychlost nebo 10 Mbps typ přenosového média (např. T- kroucená dvojlinka(UTP), T2 UTP -využívá dva páry, F- optické vlákno, …)

10 Mbit/s Ethernet

• 10Base-5 Původní Ethernet na koaxiálním kabelu o rychlosti 10 Mbit/s. Koaxiální kabel tvoří sběrnici, ke které se připojují pomocí speciálních tranceiverů a AUI kabelů jednotlivé stanice, délka segmentu 500 m , .

• 10Base-2 Ethernet na tenkém koaxiálním kabelu o rychlosti 10 Mbit/s. Koaxiální kabel tvoří sběrnici, ke které se připojují jednotlivé stanice přímo. Kabel nesmí mít žádné odbočky a je na koncích zakončen odpory 50Ω – Terminátor, délka segmentu 185 m, .

• 10Base-T Jako přenosové médium používá kroucenou dvoulinku s rychlostí 10 Mbit/s. Využívá dva páry strukturované kabeláže ze čtyř. Dnes již překonaná síť, která byla ve většině případů nahrazena rychlejší 100 Mbit/s variantou, délka segmentu 100 m

• 10Base-F Varianta s optickými vlákny o rychlosti 10 Mbit/s. Používá se pro spojení na větší vzdálenost, nebo spojení mezi objekty, kde nelze použít kroucenou dvoulinku. Tvořila obvykle tzv. pateřní síť, která propojuje jednotlivé menší celky sítě. Dnes je již nahrazována vyššími rychlostmi (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).

1 Gbit/s Ethernet

• 1000Base-T Ethernet s rychlostí 1000 Mbit/s, nazývaný Gigabit Ethernet. Využívá 4 páry UTP kabeláže kategorie 5, je definován do vzdálenosti 100 metrů .

• 1000Base-CX Gigabit Ethernet na bázi měděného vodiče pro krátké vzdálenosti, učený pro propojování skupin zařízení.

• 1000Base-SX Gigabit Ethernet používající mnohavidové optické vlákno. Je určen pro páteřní sítě do vzdáleností několik set metrů .

• 1000Base-LX Gigabit Ethernet používající jednovidové optické vlákno. Je určen pro větší vzdáleností až několika desítek kilometrů .

100 Mbit/s Ethernet

• 100Base-TX Varianta s přenosovou rychlostí 100 Mbit/s, které se říká Fast Ethernet, používá dva páry UTP nebo STP kabelu kategorie 5, délka segmentu 100 m, .

• 100Base-T2 Používá dva páry UTP kategorie 3, 4, 5. Je to varianta vhodná pro starší rozvody strukturované kabeláže.

• 100Base-T4 Používá čtyři páry UTP kategorie 3, 4, 5. Také vhodná pro starší rozvody strukturované kabeláže.

• 100Base-FX Fast Ethernet používající dvě optická vlákna, délka segmentu 412 m mnohovidový kabel , 2 km s full-duplex režimem, s jednovidovým kabelem i větší vydálenosti.

1 Gbit/s Ethernet

• Při zachování min. velikosti rámce by došlo k redukci segmentů na pouhých 10m

• Místo redukce segmentů používá zvětšené rámce: rámce s rozšířením Carrier Extension

• Je-li rámec menší než 512 bajtů, je doplněn na velikost 512 bajtů neplatnými speciálními symboly, tzv. Carrier Extension.

10 Gbit/s Ethernet

• 10GBase-T Ethernet, do vzdálenosti 55 metrů lze využít kabeláž kategorie 6 . Pro využití plné délky 100 je nutné použít kategorii 6a (augmented Category 6 – šířka pásma 500 MHz) nebo kategorie 7.

• 40GBASE a 100GBASE s rychlostí 40 a 100 Gbps by měl používat optická vlákna; měděné kabely do délky alespoň 10 metrů

10base 5

Thick Wire (10Base 5)

• Nejstarší verze Ethernetu

  • Žlutý koax o průměru 1 cm

• Maximálná délka jednoho segmentu 500 m

10base 5

• Rozhraní AUI (Attachment Unit Interface)

  • Rozhraní mezi transceiverem a ostatními obvodu síťového adaptéru

  • Dnes - umožňují připojit ke kartě např. Transcievery pro optická vlákna

10base 2

• Tenký koax. (průměr 0,5 cm)

• Max. Délka kabelového segmentu 185 m

10Base 2

• Topologie 10 Base 2 - sběrnice

10Base 2

10Base T

• Snaha využít již existující telefonní rozvody

• Rychlost 10Mb/s

• Dosah kabelu 100 m

• UTP – nestíněná kroucená dvoulinka (twist), konektory RJ-45

• Pro připojení uzlu jsou nutné 2 páry vodičů

  • Jeden vysílání

  • Druhý příjem

  • Páry jsou buzeny symetrický

• Kolize je vyjádřena tím, že se na obou párech přenáší data současně

10Base T

Kolizní doména

HUB
Switch

10Base T

10base FL

• Nelze dělat odbočky

10BaseFL

• Rozbočení je nutné dělat elektronickou cestou – použití hub (rozbočovač)

• Rozbočení

  • Fyzická vrstva – hub se chová jako opakovač

  • Linková – hub se chová jako most, nebo switch

  • Síťová vrstva - router

• Specifikace sítě Ethernet s přenosovou rychlostí 10 Mb/s používající optické kabely.

• přenosové médium multimódový optický kabel

• Segmenty 10BaseFL mohou být dlouhé 2 000 m

• existuje i modifikace používající singlemodový optický kabel

100 Mbit/s Ethernet

100Base-TX

• používá jako přenosové médium kroucenou dvoulinku (stíněný nebo nestíněný) s impedancí 100 ohm (min. Cat 5)

• délka kabelu mezi uzlem a aktivním prvkem může být max. 100 m

• 100Base-T4

• používá jako přenosové médium kroucenou dvoulinku (stíněný nebo nestíněný) s impedancí 100 ohm (min. Cat 3)

• délka kabelu mezi uzlem a aktivním prvkem může být max. 100 m

• používá všechny 4 páry kabelu

100 Mbit/s Ethernet

100Base-FX

• používá jako přenosové médium mnohovidový optický kabel

• délka kabelu mezi uzly může být v případě plně duplexního provozu max. 2 km ; v příp. polovičního duplexu je vzdálenost ovlivněna zapojením sítě

• existuje i modifikace používající jednovidový optický kabel

• technologie není příliš rozšířena

1 Gbit/s Ethernet

1000Base-SX

• používá jako přenosové médium mnohovidový optický kabel

• 850 nm laser nebo LED

• vzdálenost přenosu

• 220 m – 62,5 µm

• 500 m – 50 µm

• krátká horizontální vedení, krátká páteřní vedení

1 Gbit/s Ethernet

1000Base-LX

• používá jako přenosové médium mnohovidové nebo jednovidový optický kabel

• světelný zdroj 1300 nm laser

• vzdálenost přenosu

• 550 m – 62,5 µm

• 550 m – 50 µm

• krátká horizontální vedení, krátká páteřní vedení

• 5 km – 9 µm

• dlouhá horizontální vedení, dlouhá páteřní vedení, propojování mezi budovami

• konektory ST, SC

10 Gbit/s Ethernet

IEEE 8002ae

• představuje 10 Gb/s full-duplexní přenos dat prostřednictvím optického kabelu

• UTP /STP Cat 7 a Cat. 6A

• nepoužívá již přístupovou metodu CSMA/CD, jelikož podporuje jen full-duplex media

  • stanice vysílá i přijímá současně

  • použití full-duplex režimu vede k odstranění problému kolizí

• je určen především

  • pro připojování vysoce výkonných zařízení

  • pro realizaci značně zatížených segmentů páteřních vedení

10 Gbit/s Ethernet

• 10GBase-SR

  • krátké vzdáleností od 26 do 82 m

  • mnohovidový kabel

• 10GBase-LX4

  • mnohovidové kabely: 240 – 300 m

  • jednovidové kabely: až 10 km

• 10GBase-LR a ER

  • jednovidové kabely

  • přenosová vzdálenost 10 a 40 km