10.Різновиди Ethernet. Архітектура.

Мережна архітектура відповідає реалізації фізичного та канального рівнів моделі OSI. Архітектура визначає кабельну систему, кодування сигналів, швидкість передавання, структуру фреймів, топологію мережі та метод доступу до середовища передавання. Кожній з архітектур відповідає свій набір компонент – кабелі, розняття, мережні адаптери, кабельні центри тощо.

Перше покоління мережних архітектур забезпечувало низькі та середні швидкості передавання: LocalTalk – 230 Kбіт/с, ARCnet – 2,5 Mбіт/с, Ethernet – 10 Mбіт/с, TokenRing – 16 Mбіт/с. Ці архітектури зорієнтовані на використання електричних кабелів. Друге покоління мережних архітектур забезпечує високі швидкості передавання: FDDI –100 Mбіт/с, ATM – 155 Mбіт/с, FastEthernet – 100 Mбіт/с та, звичайно, зорієнтовані на використання оптоволоконних кабелів.

Технологія та різновиди Ethernet

З самого початку Ethernet базувався на ідеї зв'язку комп'ютерів через єдиний коаксіальний кабель, що виконував роль транзитного середовища. Метод передавання був дещо схожим на методи радіопередавання (хоча й з суттєвими відмінностями, наприклад, те, що в кабелі значно легше виявити колізію, ніж в радіоефірі). Загальний мережний кабель, через який велася передача, був дещо подібним на ефір, і з цієї аналогії походить назва.

З плином часу з відносно простої початкової специфікації Ethernet розвинувся у складну мережну технологію, яка зараз використовується у більшості комп'ютерних систем. Щоб зменшити ціну та полегшити управління та виявлення помилок в мережі, коаксіальний кабель згодом був замінений зв'язками типу «точка — точка», що з'єднувалися між собою концентраторами/комутаторами (хабами/світчами). Своїм комерційним успіхом технологія Ethernet завдячує появі стандарту з використанням кабелю типу «звита пара» як транзитного середовища.

На фізичному рівні станції Ethernet спілкуються між собою за допомогою передачі одна одній пакетів — невеликих блоків даних, які відправляються та доставляються індивідуально. Кожна Ethernet-станція має свою власну 48-бітну MAC-адресу, яка використовується як кінцевий пункт або джерело для кожного пакету. Мережні картки, як правило, не сприймають пакетів, що адресовані іншим Ethernet-станціям. Унікальна МАС-адреса записується в контролер кожної мережної карти.

Незважаючи на серйозні зміни від 10-Мбітного товстого коаксіалу до 1-Гбітного оптоволоконного зв'язку типу «точка-точка», різні варіанти Ethernetу на найнижчому рівні є майже однаковими з погляду програміста і можуть легко з'єднуватися між собою за допомогою дешевого обладнання. Це є можливим, оскільки формат кадру лишається незмінним, незважаючи на різні процедури доступу до мережі.

Різновиди:

Ethernet — архітектура мереж, що грунтується на логічній топології шини, з розподіленим середовищем передавання, методом доступу до середовища передавання CSMA/CD, описана стандартом IEEE 802.3. За фізичною реалізацією розрізняють:

• 10BASE5 — Thick («товстий») Ethernet;

• 10Base2 — Thin («тонкий») Ethernet;

• 10BaseT — Twisted-pair Ethernet (Ethernet на витій парі);

• 10Broad36 — мережа на широкосмуговому 75-Омному коаксіальному кабелі;

• 10BaseF — кілька варіантів мережі на оптоволоконному кабелі;

• 100BaseT — стандарти FastEthernet на витій парі (100BaseT4, 100BaseTX).

Перший елемент в умовному позначенні архітектури — швидкість передавання в Мбіт/с; другий елемент позначає спосіб передавання: Base — пряме немодульоване передавання, Broad — використання широкосмугового кабелю з частотним ущільненням каналів; третій елемент — середовище передавання (T — вита пара, F — оптоволокно) або довжина сегмента кабелю в сотнях метрів (сучасні мережні адаптери дають змогу збільшувати довжину сегмента, наприклад для 10Base2, до 250–300 метрів).

Різновиди:

Залежно від швидкості передачі даних, і передавальної середовища існує декілька варіантів технології. Незалежно від способу передачі стек мережевого протоколу і програми працюють однаково практично у всіх нижчеперелічених варіантах.

У цьому розділі розміщено короткий опис усіх офіційно існуючих різновидів. З деяких причин, на додаток до основного стандарту багато виробників рекомендують користуватися іншими запатентованими носіями - наприклад, для збільшення відстані між точками мережі використовується волоконно-оптичний кабель.

Більшість Ethernet-карт і інших пристроїв має підтримку декількох швидкостей передачі даних, використовуючи автовизначення (autonegotiation) швидкості і дуплексності, для досягнення найкращого з'єднання між двома пристроями. Якщо автовизначення не спрацьовує, швидкість підстроюється під партнера, і включається режим полудуплексной передачі. Наприклад, наявність у пристрої порту Ethernet 10/100 говорить про те, що через нього можна працювати за технологіями 10BASE-T і 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 - підтримує стандарти 10BASE-T, 100BASE-TX і 1000BASE- T.

Ранні модифікації Ethernet

Xerox Ethernet - оригінальна технологія, швидкість 3 Мбіт / с, існувала в двох варіантах Version 1 і Version 2, формат кадру останньої версії до цих пір має широке застосування.

1BROAD36 - широкого поширення не отримав. Один з перших стандартів, що дозволяє працювати на великих відстанях. Використовував технологію широкосмугової модуляції, схожої на ту, що використовується в кабельних модемах. В якості середовища передачі даних використовувався коаксіальний кабель.

1BASE5 - також відомий, як StarLAN, став першою модифікацією Ethernet-технології, що використовує виту пару. Працював на швидкості 1 Мбіт / с, але не знайшов комерційного застосування.

10 Мбіт / с Ethernet

10BASE5, IEEE 802.3 (званий також «Товстий Ethernet») - первісна розробка технології зі швидкістю передачі даних 10 Мбіт / с. Слідуючи раннього стандарту IEEE використовує коаксіальний кабель з хвильовим опором 50 Ом (RG-8), з максимальною довжиною сегмента 500 метрів.

10BASE2, IEEE 802.3a (званий «Тонкий Ethernet») - використовується кабель RG-58, з максимальною довжиною сегмента 185 метрів, комп'ютери приєднувалися один до іншого, для підключення кабелю до мережевої карти потрібен T-коннектор, а на кабелі повинен бути BNC- конектор. Потрібна наявність термінаторів на кожному кінці. Багато років цей стандарт був основним для технології Ethernet.

StarLAN 10 - Перша розробка, що використовує виту пару для передачі даних на швидкості 10 Мбіт / с. Надалі еволюціонував в стандарт 10BASE-T.

Незважаючи на те, що теоретично можливе підключення до одного кабелю (сегменту) кручений пари більш ніж двох пристроїв, що працюють в симплексному режимі, така схема ніколи не застосовується для Ethernet, на відміну від роботи з коаксіальним кабелем. Тому всі мережі на кручений парі використовують топологію «зірка», в той час як мережі на коаксіальному кабелі побудовані на топології «шина». Термінатори для роботи по кручений парі вбудовані в кожне пристрій, і застосовувати додаткові зовнішні термінатори в лінії не потрібно.

10BASE-T, IEEE 802.3i - для передачі даних використовується 4 дроти кабелю кручений пари (дві скручені пари) категорії-3 або категорії-5. Максимальна довжина сегмента 100 метрів.

FOIRL - (акронім від англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базовий стандарт для технології Ethernet, що використовує для передачі даних оптичний кабель.Максимальна відстань передачі даних без повторювача 1 км.

10BASE-F, IEEE 802.3j - Основний термін для позначення сімейства 10 Мбіт / с ethernet-стандартів, що використовують оптичний кабель на відстані до 2 кілометрів: 10BASE-FL, 10BASE-FB і 10BASE-FP. З перерахованого тільки 10BASE-FL набув широкого поширення.

10BASE-FL (Fiber Link) - Покращена версія стандарту FOIRL. Поліпшення торкнулося збільшення довжини сегмента до 2 км.

10BASE-FB (Fiber Backbone) - Зараз закинутий стандарт, призначався для об'єднання повторювачів у магістраль.

10BASE-FP (Fiber Passive) - Топологія «пасивна зірка», в якій не потрібні повторювачі - ніколи не застосовувався.

10 Мбіт / с Ethernet

10BASE5, IEEE 802.3 (звань такоже «Товстий Ethernet») - Первісна розробка технології Зі швідкістю передачі даніх 10 Мбіт / с. Слідуючі раннього стандарту IEEE вікорістовує коаксіальній кабель з Хвильового опором 50 Ом (RG-8), з максимальними Довжина сегмента 500 метрів.

10BASE2, IEEE 802.3a (звань «Тонкий Ethernet») - вікорістовується кабель RG-58, з максимальними Довжина сегмента 185 метрів, комп'ютери прієднуваліся один до Іншого, для Підключення кабелю до мережевої карти потрібен T-коннектор, а на кабелі винен буті BNC-конектор. Потрібна наявність термінаторів на шкірному кінці. Багатая років цею стандарт БУВ основному для технології Ethernet.

StarLAN 10 - Перша розробка, что вікорістовує віту пару для передачі даніх на Швидкості 10 Мбіт / с. Надалі еволюціонував в стандарт 10BASE-T.

Незважаючі на ті, что теоретично можливе Підключення до одного кабелю (сегменту) крутінь парі більш чем двох прістроїв, что Працюють в сімплексному режімі, така схема Ніколи НЕ застосовується для Ethernet, на відміну від роботи з коаксіальнім кабелем. Тому ВСІ мережі на крутінь Парі Використовують топологію «зірка», в тій годину як мережі на коаксіальному кабелі побудовані на топології «шина». Термінатори для роботи по крутінь Парі Вбудовані в шкірних Пристрій, и застосовуваті додаткові Зовнішні термінатори в Лінії НЕ нужно.

10BASE-T, IEEE 802.3i - для передачі даніх вікорістовується 4 дрота кабелю крутінь парі (Дві скручені парі) категорії-3 або категорії-5. Максимальна довжина сегмента 100 метрів.

FOIRL - (акронім від англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базовий стандарт для технології Ethernet, что вікорістовує для передачі даніх оптичний кабель. Максимальна відстань передачі даніх без Повторювач 1 км.

10BASE-F, IEEE 802.3j - Основний Термін для позначені сімейства 10 Мбіт / с ethernet-стандартів, что Використовують оптичний кабель на відстані до 2 кілометрів: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. З перерахованого Тільки 10BASE-FL набув широкого Поширення.

10BASE-FL (Fiber Link) - Покращена версія стандарту FOIRL. Поліпшення торкнуло Збільшення Довжина сегмента до 2 км.

10BASE-FB (Fiber Backbone) - Зараз закинути стандарт, прізначався для об'єднання повторювачів у МАГІСТРАЛЬ.

10BASE-FP (Fiber Passive) - Топологія «Пасивні зірка», в якій НЕ Потрібні повторювачі - Ніколи НЕ застосовувався.

Гігабітний Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбіт / с)

1000BASE-T, IEEE 802.3ab - стандарт, який використовує виту пару категорій 5e. У передачі даних беруть участь 4 пари. Швидкість передачі даних - 250 Мбіт / с по одній парі. Використовується метод кодування PAM5, частота основної гармоніки 62,5 МГц. Відстань до 100 метрів

1000BASE-TX був створений Асоціацією Телекомунікаційної Промисловості (англ. Telecommunications Industry Association, TIA) і опублікований в березні 2001 року як «Специфікація фізичного рівня дуплексного Ethernet 1000 Мб / с (1000BASE-TX) симетричних кабельних систем категорії 6 (ANSI / TIA / EIA -854-2001) »(англ.« A Full Duplex Ethernet Specification for 1000 Mbit / s (1000BASE-TX) Operating Over Category 6 Balanced Twisted-Pair Cabling (ANSI/TIA/EIA-854-2001) »). Стандарт, використовує роздільну прийом-передачу (по одній парі в кожному напрямку), що істотно спрощує конструкцію приемопередающих пристроїв. Ще однією істотною відмінністю 1000BASE-TX є відсутність схеми цифрової компенсації наведень і зворотних перешкод, внаслідок чого складність, рівень енергоспоживання і ціна процесорів стає нижче, ніж у процесорів стандарту 1000BASE-T. Але, як наслідок, для стабільної роботи за такою технологією потрібний кабельна система високої якості, тому 1000BASE-TX може використовувати тільки кабель 6 категорії. На основі даного стандарту створено велику кількість продуктів для промислових мереж.

1000BASE-X - загальний термін для позначення стандартів зі змінними прийомопередавачами GBIC або SFP.

1000BASE-SX, IEEE 802.3z - стандарт, який використовує багатомодове волокно. Дальність проходження сигналу без повторювача до 550 метрів.

1000BASE-LX, IEEE 802.3z - стандарт, який використовує одномодове волокно. Дальність проходження сигналу без повторювача залежить тільки від типу використовуваних приймачів і, як правило, становить від 5 [4] до 50 кілометрів.

1000BASE-CX - стандарт для коротких відстаней (до 25 метрів), що використовує твінаксіальний кабель з хвильовим опором 75 Ом (кожен з двох хвилеводів). Замінений стандартом 1000BASE-T і зараз не використовується.

1000BASE-LH (Long Haul) - стандарт, який використовує одномодове волокно. Дальність проходження сигналу без повторювача до 100 кілометрів.

10-гігабітний Ethernet (Ethernet 10G, 10 Гбіт / с)

Новий стандарт 10-гигабитного Ethernet містить у собі сім стандартів фізичного середовища для LAN, MAN і WAN. В даний час він описується поправкою IEEE 802.3ae і повинен увійти в наступну ревізію стандарту IEEE 802.3.

10GBASE-CX4 - технологія 10-гигабитного Ethernet для коротких відстаней (до 15 метрів), використовується мідний кабель CX4 і коннектори InfiniBand.

10GBASE-SR - технологія 10-гигабитного Ethernet для коротких відстаней (до 26 або 82 метрів, залежно від типу кабелю), використовується багатомодове волокно. Він також підтримує відстані до 300 метрів з використанням нового багатомодового волокна (2000 МГц / км).

10GBASE-LX4 - використовує ущільнення по довжині хвилі для підтримки відстаней від 240 до 300 метрів по багатомодовому волокну. Також підтримує відстані до 10 кілометрів при використанні одномодового волокна.

10GBASE-LR і 10GBASE-ER - ці стандарти підтримують відстані до 10 і 40 кілометрів відповідно.

10GBASE-SW, 10GBASE-LW і 10GBASE-EW - ці стандарти використовують фізичний інтерфейс, сумісний за швидкістю і формату даних з інтерфейсом OC-192 / STM-64 SONET / SDH. Вони подібні до стандартів 10GBASE-SR, 10GBASE-LR і 10GBASE-ER відповідно, оскільки використовують ті ж самі типи кабелів і відстані передачі.

10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 - прийнятий в червні 2006 року після 4 років розробки. Використовує виту пару категорії 6 (максимальна відстань 55 метрів) і 6а (максимальна відстань 100 метрів).

10GBASE-KR - технологія 10-гигабитного Ethernet для крос-плат (backplane / midplane) модульних комутаторів / маршрутизаторів і серверів (Modular / Blade).

Компанія Harting заявила про створення першого в світі 10-гигабитного з'єднувача RJ-45, що не потребує інструментів для монтажу - HARTING RJ Industrial 10G.

40-гігабітний і 100-гігабітний Ethernet

Основна стаття: 100-гігабітний Ethernet

Згідно зі спостереженнями Групи 802.3ba, вимоги до смуги пропускання для обчислювальних завдань та програм ядра мережі ростуть з різними швидкостями, що визначає необхідність двох відповідних стандартів для наступних поколінь Ethernet - 40 Gigabit Ethernet (або 40GbE) і 100 Gigabit Ethernet (або 100GbE ). В даний час сервери, високопродуктивні обчислювальні кластери, блейд-системи, SAN і NAS використовують технології 1GbE і 10GbE, при цьому в 2007 і 2008 рр.. було відзначено значне зростання останньої.

Перспективи

Про Terabit Ethernet (так спрощено називають технологію Ethernet зі швидкістю передачі 1 Тбіт / с) стало відомо в 2008 році із заяви творця Ethernet Боба Меткалфа на конференції OFC який припустив, що технологія буде розроблена до 2015 року, щоправда, не висловивши при цьому будь-якої впевненості, адже для цього доведеться вирішити чимало проблем. Однак, на його думку, ключовою технологією, яка може обслужити подальше зростання трафіку, стане одна з розроблених у попередньому десятилітті - DWDM.

«Щоб реалізувати Ethernet 1 Тбіт / с, необхідно подолати безліч обмежень, включаючи 1550-нанометрові лазери і модуляцію з частотою 15 ГГц. Для майбутньої мережі потрібні нові схеми модуляції, а також нове оптоволокно, нові лазери, загалом, все нове, - сказав Меткалф. - Неясно також, яка мережева архітектура потрібно для її підтримки. Можливо, оптичні мережі майбутнього повинні будуть використовувати волокно з вакуумною серцевиною або вуглецеві волокна замість кварцових. Оператори повинні будуть впроваджувати більше повністю оптичних пристроїв і оптику у вільному просторі (безволоконную). Боб Меткалф»