Стандарты Ethernet

В 1980 г. IEEE (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) опубликовал стандарт IEEE 802.3  стандарт технологии Ethernet.

IEEE 802.3 состоит из 3 основных компонентов:

1. спецификаций физического уровня;

2. формата кадра;

3. механизма управления доступом к среде CSMA/CD.

В спецификации физического уровня стандартов Ethernet включаются допустимые типы кабеля и топологии построения сети, а также другие важные параметры, например, максимальная длина кабеля и допустимое число повторителей.

Спецификации 10Base5 и 10Base2 коаксиального кабеля в сети Ethernet единственные из всех стандартов требуют использования топологии «шина».

Во всех других спецификациях физического уровня Ethernet используется топология «звезда». Самый популярный вид кабеля в современных сетях Ethernet — неэкранированная витая пара.

В стандарт Fast Ethernet включены две спецификации кабелей UTP, известные под общим обозначением 100BaseT. Максимальная длина сегмента в обеих по-прежнему 100 м. В 100BaseTX это осуществимо за счет использования кабеля более высокой категории (5), обеспечивающей повышенное качество передачи сигнала. В стандарте 100BaseT4 данные передаются со скоростью 100 Мбит/с даже по кабелю 3 категории.

В подавляющем большинстве спецификаций физического уровня Gigabit Ethernet применяется оптоволоконный кабель, но допускается применение разных его типов с различной максимальной длиной сегментов.

Одна из основных функций протокола Ethernet — это инкапсуляция в кадр данных, поступивших от протокола сетевого уровня, и их подготовка для передачи по сети. Кадр состоит из заголовка и трейлера, разделенных на поля, которые содержат информацию, необходимую для доставки пакета по назначению. В Ethernet обычном, Fast и Gigabit Ethernet формат кадра один и тот же.

Механизм MAC — определяющий элемент стандарта Ethernet. Он называется «Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий» (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD).

Когда системе Ethernet нужно передать данные, она прежде всего проверяет, не занята ли сеть другой системой. Этот этап называется фазой контроля несущей. Если сеть занята, система ждет некоторое время, а потом снова проверяет сеть на занятость. Если сеть свободна, система передает пакет данных. Эта этап называется фазой множественного доступа, поскольку за право получить доступ к среде соревнуются все системы одной ЛВС.

Хотя во время фазы контроля несущей и выполняется начальная проверка, она все-таки не гарантирует, что две системы в сети не начнут передачу одновременно, вызвав тем самым коллизию.

Самая важная часть процесса передачи данных — фаза обнаружения коллизий. Если системы не распознают столкновение пакетов, повреждённые данные могут достичь целевой системы, которая обработает их как корректные.

Компьютер способен обнаружить коллизию, пока он находится в процессе передачи данных. При использовании кабеля UTP или оптоволоконного кабеля компьютер «предполагает», что случилась коллизия, если сигнал регистрируется как и в передающих, так и в принимающих проводах. В коаксиальных сетях о коллизии говорит резкий скачок напряжения в кабеле.

Обнаружив коллизию, система немедленно останавливает передачу данных и начинает передачу сигнала затора, сигнализируя всем системам сети, что произошла коллизия, и потому необходимо игнорировать все пакеты, частично принятые к этому времени, и не начинать передачу данных, пока сеть не очистится. После передачи сигнала затора система выдерживает паузу случайной величины до новой попытки передать данные.