Малюнок 3.8 Антена trenDnet tew - іa06d

Ця антена має приємний зовнішній вигляд і добре вписується в обстановку офісу.

ZyXEL Ext 106

Мікросмужна антена ZyXEL Ext 106(мал. 3.9) є всенаправленою(секторна діаграма спрямованості) і призначена для установки в приміщеннях. Вона дозволяє розширити площу покриття безпровідної мережі стандартів IEEE 802.lib і IEEE 802.Ug.

Малюнок 3.9 антена ZyXel Ext 106

Програмне забезпечення

1. Система OSI

2. Технология Ethernet (802.3)

3. Общая характеристика протоколов локальных сетей

4. Технология Token Ring (802.5)

5. Fast Ethernet и 100VG - AnyLAN как развитие технологии Ethernet

6. Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet

Розділ 2 Програмне забезпечення

1.1. Система osi Модель osi

З того, що протокол є угодою, прийнятою двома взаємодіючими об'єктами, в даному випадку двома працюючими в мережі комп'ютерами, зовсім не витікає, що він обов'язково є стандартним. Але на практиці при реалізації мереж прагнуть використати стандартні протоколи. Це можуть бути фірмові, національні або міжнародні стандарти.

На початку 80-х років ряд міжнародних організацій по стандартизації - ISO, ITU - T і деякі інші - розробили модель, яка зіграла значну роль в розвитку мереж. Ця модель називається моделлю взаємодії відкритих систем(Open System Interconnection, OSI) або моделлю OSI. Модель OSI определя¬ет різні рівні взаємодії систем, дає їм стандартні імена і вказує, які функції повинен виконувати кожен рівень. Модель OSI була розроблена на підставі великого досвіду, отриманого при створенні комп'ютерних мереж, в основному глобальних, в 70-і роки. Повний опис цієї моделі займає більше 1000 сторінок тексту.

У моделі OSI(мал. 1.25) засобу взаємодії діляться на сім рівнів: прикладного, представницького, сеансового, транспортного, мережевого, канального і фізичного. Кожен рівень має справу з одним певним аспектом взаємодії мережевих пристроїв.

Модель OSI описує тільки системні засоби взаємодії, що реалізовуються операційною системою, системними утилітами, системними апаратними засобами. Модель не включає засобу взаємодії додатків кінцевих користувачів. Свої власні протоколи взаємодії додатка реалізують, звертаючись до системних засобів. Тому необхідно розрізняти рівень взаємодії додатків і прикладний рівень.

Слід також мати на увазі, що додаток може узяти на себе функції деяких верхніх рівнів моделі OSI. Наприклад, деякі СУБД мають вбудовані засоби видаленого доступу до файлів. В цьому випадку додаток, виконуючи доступ до видалених ресурсів, не використовує системну файлову службу; воно обходить верхні рівні моделі OSI і звертається безпосередньо до системних засобів, відповідальних за транспортування повідомлень по мережі, які розташовуються на нижніх рівнях моделі OSI.

Отже, нехай додаток звертається із запитом до прикладного рівня, наприклад до файлової служби. На підставі цього запиту програмне забезпечення прикладного рівня формує повідомлення стандартного формату. Звичайне повідомлення складається із заголовка і поля даних. Заголовок містить службову інформацію, яку необхідно передати через мережу прикладному рівню машини-адресата, щоб повідомити його, яку роботу потрібно виконати. У нашому випадку заголовок яку необхідно над ним виконати. Полі даних повідомлення може бути порожнім або містити які-небудь дані, наприклад ті, які

необхідно записати у видалений файл. Але для того, щоб доставити цю інформацію за призначенням, належить вирішити ще багато завдань, відповідальність за які несуть рівні, що пролягають нижче.

Після формування повідомлення прикладний рівень направляє його вниз по стеку представницькому рівню. Протокол представницького рівня на підставі інформації, отриманої із заголовка прикладного рівня, виконує необхідні дії і додає до повідомлення власну службову інформацію - заголовок представницького рівня, в якому містяться вказівки для протоколу представницького рівня машини-адресата. Отримане в результаті повідомлення передається вниз сеансовому рівню, який у свою чергу додає свій заголовок, і т. д

Коли повідомлення по мережі поступає на машину-адресат, воно приймається її фізичним рівнем і послідовно переміщається вгору з рівня на рівень. Кожен рівень аналізує і обробляє заголовок свого рівня, виконуючи функції, що відповідають цьому рівню, а потім видаляє цей заголовок і передає повідомлення вищерозміщеного рівня.

Разом з терміном повідомлення(message) існують і інші терміни, вживані мережевими фахівцями для позначення одиниць даних в процедурах обміну. У стандартах ISO для позначення одиниць даних, з якими мають справу протоколи різних рівнів, використовується загальна назва протокольний блок даних(ProtocolData Unit, PDU). Для позначення блоків даних певних уровней-часто використовуються спеціальні назви: кадр(frame), пакет(packet), дейтаграмма(datagram), сегмент(segment).

У моделі OSI розрізняються два основні типи протоколів. У протоколах з вустановлением з'єднання(connection - oriented) перед обміном даними посилач і одержувач які вони використовуватимуть при обміні даними. Після завершення діалогу вони повинні розірвати це з'єднання. Телефон - це приклад взаємодії, грунтованої на встановленні з'єднання.

Друга група протоколів - протоколи без попереднього встановлення з'єднання(connectionless). Такі протоколи називаються також дейтаграммными протоколами. Посилач просто передає повідомлення, коли воно готове. Опускання листа в поштову скриньку - це приклад зв'язку без попереднього встановлення з'єднання. При взаємодії комп'ютерів використовуються протоколи обох типів.

Рівні моделі OSI

Фізичний рівень

Фізичний рівень(Physical layer) має справу з передачею бітів по фізичних каналах зв'язку, таким, наприклад, як коаксіальний кабель, вита пара, оптоволоконний кабель або цифровий територіальний канал. До цього рівня мають відношення характеристики фізичних середовищ передачі даних, такі як смуга пропускання, завадозахищеність, хвилевий опір і інші. На цьому ж рівні визначаються характеристики електричних сигналів, передавальних дискретну інформацію, наприклад, крутизна фронтів імпульсів, рівні напруги або струму передаваного сигналу, тип кодування, швидкість передачі сигналів. Окрім цього, тут стандартизуются типи роз'ємів і призначення кожного контакту.

Функції фізичного рівня реалізуються в усіх пристроях, підключених до мережі. З боку комп'ютера функції фізичного рівня виконуються мережевим адаптером або послідовним портом.

Прикладом протоколу фізичного рівня може служити специфікація 10Base - T технології яка визначає в якості використовуваного кабелю не екрановану виту пару категорії 3 з хвилевим опором 100 Ом, роз'їм RJ - 45, максимальну довжину фізичного сегменту 100 метрів, манчестерський код для представлення даних в кабелі, а також деякі інші характеристики середовища і електричних сигналів.

Канальний рівень

На фізичному рівні просто пересилаються біти. При цьому не враховується, що в деяких мережах, в яких лінії зв'язку використовуються(розділяються) поперемінно декількома парами взаємодіючих комп'ютерів, фізичне середовище передачі може бути зайняте. Тому одним із завдань канального рівня(Data Link layer) є перевірка доступності середовища передачі. Іншим завданням канального рівня є реалізація механізмів виявлення і корекції помилок. Для цього на канальному рівні біти групуються в набори, що називаються кадрами(frames). Канальний рівень забезпечує коректність передачі кожного кадру, поміщаючи спеціальну послідовність біт в початок і обробляючи усі байти кадру певним способом і додаючи контрольну суму до кадру. Коли кадр приходить по мережі, одержувач знову обчислює контрольну суму отриманих даних і порівнює результат з контрольною сумою з кадру. Якщо вони співпадають, кадр вважається правильним і приймається. Якщо ж контрольні суми не співпадають, то фіксується помилка. Канальний рівень може не лише виявляти помилки, але і виправляти їх за рахунок повторної передачі пошкоджених кадрів. Необхідно відмітити, що функція виправлення помилок не є обов'язковою для канального рівня, тому в деяких протоколах цього рівня вона відсутня, наприклад, в Ethernet і frame relay.

У протоколах канального рівня, використовуваних в локальних мережах, закладена певна структура зв'язків між комп'ютерами і способи їх адресації. Хоча канальний рівень і забезпечує доставку кадру між будь-якими двома вузлами локальної мережі, він це робить тільки в мережі з абсолютно визначеною топологи¬їй зв'язків, саме підтримуваним протоколами канального рівня локальних мереж, відносяться загальна шина, кільце і зірка, а також структури, отримані з них за допомогою мостів і комутаторів. Прикладами протоколів канального рівня є протоколи Ethernet, Token Ring, FDDI, lOOVG - AnyLAN.

У локальних мережах протоколи канального рівня використовуються комп'ютерами, мостами, комутаторами і маршрутизаторами. У комп'ютерах функції канального рівня реалізуються спільними зусиллями мережевих адаптерів і їх драйверів.

У глобальних мережах, які рідко мають регулярну топологію, канальний рівень часто забезпечує обмін повідомленнями тільки між двома сусідніми комп'ютерами, сполученими індивідуальною лінією зв'язку. Прикладами протоколів "точка-точка"(як часто називають такі протоколи) можуть служити широко поширені протоколи РРР і LAP - B. У таких випадках для доставки повідомлень між кінцевими вузлами через усю мережу використовуються засоби мережевого рівня. Саме так організовані мережі Х.25. Іноді в оскільки в одному і тому ж протоколі вони об'єднуються з функціями мережевого рівня. Прикладами такого підходу можуть служити протоколи технологій ATM і frame relay.

В цілому канальний рівень є дуже потужним і закінченим набором функцій по пересилці повідомлень між вузлами мережі. В деяких випадках протоколи канального рівня виявляються самодостатніми транспортними засобами і можуть допускати роботу поверх них безпосередньо протоколів прикладного рівня або додатків, без залучення засобів мережевого і транспортного рівнів. Наприклад, існує реалізація протоколу управління мережею SNMP безпосередньо поверх Ethernet, хоча стандартно цей протокол працює поверх мережевого протоколу IP і транспортного протоколу UDP. Природно, що застосування такої реалізації буде обмеженим - вона не підходить для складених мереж різних технологій, наприклад Ethernet і Х.25, і навіть для такої мережі, в якій в усіх сегментах застосовується Ethernet, але між сегментами існують петлевид-ные зв'язки. А ось в двохсегментній мережі Ethernet, об'єднаній мостом, реалізація SNMP над канальним рівнем буде цілком працездатна.

Проте для забезпечення якісного транспортування повідомлень в це¬тях будь-яких топологий і тому в моделі OSI рішення цієї задачі покладається на два наступні рівні - мережеві і транспортні.

Мережевий рівень

Мережевий рівень(Network layer) служить для утворення єдиної транспортної системи, що об'єднує декілька мереж, причому ці мережі можуть використати абсолютно різні принципи передачі повідомлень між кінцевими вузлами і мати довільну структуру зв'язків. Функції мережевого рівня досить різноманітні. Почнемо їх розгляд на прикладі об'єднання локальних мереж. Протоколи канального рівня локальних мереж забезпечують доставку даних між будь-якими вузлами тільки в мережі з відповідною типовою топологією, наприклад топологією ієрархічної зірки. Це дуже жорстке обмеження, яке не дозволяє будувати мережі з розвиненою структурою, наприклад, мережі, об'єднуючі декілька мереж підприємства в єдину мережу, або високонадійні мережі, в яких існують надмірні зв'язки між вузлами. Можна було б ускладнювати протоколи канального рівня для підтримки але принцип розділення обов'язків між рівнями призводить до іншого рішення. Щоб з одного боку зберегти простоту процедур передачі даних для типових топологий, а з іншою допустити використання довільних топологий, вводиться додатковий мережевий рівень.

На мережевому рівні сам термін мережу наділяють специфічним значенням. В даному випадку під мережею розуміється сукупність комп'ютерів, сполучених між собою відповідно до однієї із стандартних типових топологий і даних, що використовують для передачі, один з протоколів канального рівня, визначений для цієї топології.

Усередині мережі доставка даних забезпечується відповідним канальним рівнем, а ось доставкою даних між мережами займається мережевий рівень, який і підтримує можливість правильного вибору маршруту передачі повідомлення навіть у тому випадку, коли структура зв'язків між складовими мережами має характер, відмінний від прийнятого в протоколах канального рівня.

Мережі з'єднуються між собою спеціальними яке збирає інформацію про топологію міжмережевих з'єднань і на її основі пересилає пакети мережевого рівня в мережу призначення. Щоб передати повідомлення від посилача, що знаходиться в одній мережі, одержувачеві, що знаходиться в іншій мережі, треба вчинити деяку кількість транзитних передач між мережами, або хопов(від hop - стрибок), кожного разу вибираючи відповідний маршрут. Таким чином, марш¬рути є послідовністю маршрутизаторів, через які проходить пакет.

На мал. 1.3 показані чотири мережі, пов'язані трьома маршрутизаторами. Між вузлами А і В цій мережі пролягають два маршрути: перший через маршрутизатори 1 і 3, а другий через маршрутизатори 1, 2 і 3.

Проблема вибору найкращого шляху називається маршрутизацією, і її рішення є одним з головних завдань мережевого рівня. Ця проблема ускладнюється тим, що найкоротший шлях не завжди найкращий. Часто критерієм при виборі маршруту є час передачі даних по цьому маршруту; воно залежить від пропускної Деякі алгоритми маршрутизації намагаються пристосуватися до зміни навантаження, тоді як інші приймають рішення на основі середніх показників за тривалий час. Вибір маршруту може здійснюватися і за іншими критеріями, наприклад надійності передачі.

У загальному випадку функції мережевого рівня ширше, ніж функції передачі повідомлень по зв'язках з нестандартною структурою, які ми зараз розглянули на прикладі об'єднання декількох локальних мереж. Мережевий рівень вирішує також

Мал. 1.3

Повідомлення мережевого рівня прийнято називати пакетами(packets). При організації доставки пакетів на мережевому рівні використовується поняття "Номер мережі". В цьому випадку адреса одержувача складається із старшої частини - номери мережі і молодий¬ший - номери вузла в цій мережі. Усі вузли однієї мережі повинні мати одну і ту ж старшу частину адреси, тому терміну " мережа" на мережевому рівні можна дати і інше, формальніше визначення: мережа - це сукупність вузлів, мережева адреса яких містить один і той же номер мережі.

На мережевому рівні визначаються два види протоколів. Перший вид - мережеві протоколи(routed protocols) - реалізують просування пакетів через мережу. Саме ці протоколи зазвичай мають на увазі, коли говорять про протоколи мережевого рівня. Проте часто до мережевого рівня що називаються протоколами обміну маршрутною інформацією або просто протоколами маршрутизації(routingprotocols). За допомогою цих протоколів маршрутизатори збирають інформацію про топологію міжмережевих з'єднань. Протоколи мережевого рівня реалізуються програмними модулями операційної системи, а також програмними і апаратними засобами маршрутизаторів.

На мережевому рівні працюють протоколи ще одного типу, які відповідають за відображення адреси вузла, використовуваного на мережевому рівні, в локальну адресу мережі. Такі протоколи часто називають протоколами дозволу адрес - Address Resolution Protocol, ARP. Іноді їх відносять не до мережевого рівня, а до канального, хоча тонкощі класифікації не змінюють їх суті.

Прикладами протоколів мережевого рівня є протокол міжмережевої взаємодії IP стека TCP/IP і протокол міжмережевого обміну пакетами IPX стека Novell.

Транспортний рівень

На шляху від посилача до одержувача пакети можуть бути спотворені або загублені. Хоча деякі застосування мають які вважають за краще відразу мати справу з надійним з'єднанням. Транспортний рівень(Transport layer) забезпечує додаткам або верхнім рівням стека - прикладному і сеансовому - передачу даних з тією мірою надійності, яку їм потрібно. Модель OSI визначає п'ять класів сервісу, що надаються транспортним рівнем. Ці види сервісу відрізняються якістю послуг, що надаються : терміновістю, можливістю відновлення перерваного зв'язку, наявністю засобів мультиплексування декількох з'єднань між різними прикладними протоколами через загальний транспортний протокол, а головне - здатністю до виявлення і виправлення помилок передачі, таких як спотворення, втрата і дублювання пакетів.

Вибір класу сервісу транспортного рівня визначається, з одного боку, тим, в якому ступені завдання забезпечення надійності вирішується самими додатками і протоколами більш високих, ніж транспортний, рівнів, а з іншого боку, цей вибір залежить від того, наскільки надійною є система розташованими нижче транспортного - мережевим, канальним і фізичним. Так, наприклад, якщо якість каналів передачі зв'язку дуже висока і вірогідність виникнення помилок, не виявлених протоколами нижчих рівнів, невелика, то розумно скористатися одним з полегшених сервісів транспортного рівня, необтяжених численними перевірками, квитуванням і іншими прийомами підвищення надійності. Якщо ж транспортні засоби нижніх рівнів спочатку дуже ненадійні, то доцільно звернутися до найбільш розвиненого сервісу транспортного рівня, який працює, використовуючи максимум засобів для виявлення і усунення помилок, - з допомогою упереди¬тільного встановлення логічного з'єднання, контролю доставки повідомлень по контрольних сумах і циклічній нумерації пакетів, встановлення тайм-аутів доставки і т. п.

Як правило, усі протоколи, починаючи з транспортного рівня і вище, реалізуються програмними засобами кінцевих вузлів мережі - компонентами їх мережевих операційних Як приклад транспортних протоколів можна при¬звістці протоколи TCP і UDP стека TCP/IP і протокол SPX стека Novell.

Протоколи нижніх чотирьох рівнів узагальнено називають мережевим транспортом або транспортною підсистемою, оскільки вони повністю вирішують задачу транспортування сполучень із заданим рівнем якості в складених мережах з довільною топологією і різними технологіями. Інші три верхні рівні вирішують завдання надання прикладних.

Сеансовий рівень

Сеансовий рівень(Session layer) забезпечує управління діалогом: фіксує, яка із сторін є активною зараз, надає засоби синхронізації. Останні дозволяють вставляти контрольні точки в довгі передачі, щоб у разі відмови можна було повернутися назад до останньої контрольної точки, а не розпочинати все з початку. На практиці небагато застосувань використовують сеансовий рівень, і він рідко реалізується у вигляді окремих протоколів, хоча функції цього рівня часто об'єднують з функціями прикладного рівня і реалізують в одному протоколі.

Представницький рівень

Представницький рівень(Presentation layer) має справу з формою представлення передаваної по мережі інформації, не міняючи при цьому її змісту. За рахунок рівня представлення інформація, що передається прикладним рівнем одній сі¬стемы, завжди зрозуміла прикладному рівню іншої системи. За допомогою засобів цього рівня протоколи прикладних рівнів можуть здолати синтаксичні відмінності На цьому рівні може виконуватися шифрування і де¬шифрування даних, завдяки якому секретність обміну даними забезпечується відразу для усіх прикладних служб. Прикладом такого протоколу є протокол Secure Socket Layer(SSL), який забезпечує секретний обмін повідомленнями для протоколів прикладного рівня стека TCP/IP.

Прикладний рівень

Прикладний рівень(Application layer) - це насправді просто набір різноманітних протоколів, за допомогою яких користувачі мережі дістають доступ до ресурсів, що розділяються, таким як файли, принтери або гіпертекстові Web- сторінки, а також організовують свою спільну роботу, наприклад, за допомогою протоколу електронної пошти. Одиниця даних, якою оперує прикладний рівень, зазвичай називається повідомленням(message).

Існує дуже велика різноманітність служб прикладного рівня. Приведемо як приклад хоч би декілька найбільш поширених реалізацій файлових служб : NCP в операційній системі Novell NetWare, SMB в MicrosoftФункції усіх рівнів моделі OSI можуть бути віднесені до однієї з двох груп : або до функцій, залежних від конкретної технічної реалізації мережі, або до функцій, орієнтованих на роботу з додатками. Три нижні рівні - фізичний, канальний і мережевий - являються сетезави-симыми, тобто протоколи цих рівнів тісно пов'язані з технічною реалізацією мережі і використовуваним комунікаційним устаткуванням. Наприклад, перехід на устаткування FDDI означає повну зміну протоколів фізичного і канального рівнів в усіх вузлах мережі. Три верхні рівні - прикладний, представницький і сеансовий - орієнтовані на додатки і мало залежать від технічних особливостей побудови мережі. На протоколи цих рівнів не впливають які б то не було зміни в топології мережі, заміна устаткування або перехід на іншу мережеву технологію. Так, перехід від Ethernet на високошвидкісну технологію lOOVG - AnyLAN не по¬вимагає ніяких змін в програмних засобах, що реалізовують функції прикладного він приховує усі деталі функціонування нижніх рівнів від верхніх. Це дозволяє розробляти додатки, не залежні від технічних засобів безпосереднього транспортування повідомлень.

На мал. 1.4 показані рівні моделі OSI, на яких працюють різні елементи мережі. Комп'ютер зі встановленою на нім мережевою ОС взаємодіє з іншим комп'ютером за допомогою протоколів усіх семи рівнів. Цю взаємодію комп'ютери здійснюють опосередковано через різні комунікаційні пристрої: концентратори, модеми, мости, комутатори, маршрутизатори, мультиплексори. Залежно від типу комунікаційний пристрій може працювати або тільки на фізичному рівні(повторитель), або на фізичному і канальному(міст), або на фізичному, канальному і мережевому, іноді захоплюючи і транспортний рівень(маршрутизатор). На мал. 1.4 показана відповідність функцій різних комунікаційних пристроїв рівням моделі OSI.

Мал. 1.4

Модель OSI представляет хотя и очень важную, но только одну из многих моделей коммуникаций. Эти модели и связанные с ними стеки протоколов могут отличаться количеством уровней, их функциями, форматами сообщений, служба¬ми, поддерживаемыми на верхних уровнях, и прочими параметрами.

Мал. 1.5

Поняття протоколу

Протокол передачі даних можна порівняти з набором правил і угод, які описують спосіб передання даних між двома і більше об'єктами в мережі. Для обслуговування моделі взаємодії відкритих систем використовується досить велика кількість мережевих протоколів. Багато хто з них цілком специфічний і часто виконують тільки одно певну дію, але роблять це швидко і, найголовніше, правильно. Існую також і більше просунуті і функціональні протоколи, які можуть виконувати певні дії, захоплюючи відразу декілька рівнів моделі. Є навіть цілі сімейства(стеки) протоколів, які є складовою частиною протоколів із загальною назвою, наприклад стеки протоколів TCP/IP або IPX/SPX.

Примітка

Модель ISO/OSI розроблялася тоді, коли вже було розроблено багато протоколів, зокрема TCP/IP Її головним завданням була стандартизація роботи мереж Проте коли модель була прийнята остаточно, виявилось, що вона має досить багато недоліків В1 найбільш слабкою ланкою в моделі став транспортний рівень З цієї причини існує досить багато протоколів, які виконують роботу відразу декількох рівнів, що йде врозріз з самою моделлю відкритих систем Розрізняють низькорівневі і високорівневі протоколи.

Низькорівневі працюють на самих нижніх рівнях моделі ISO/OSI і, як правило, мають апаратну реалізацію, що дозволяє використати їх в таких мережевих пристроях, як концентратори, мости, комутатори і т. д.

Високорівневі протоколи працюють на верхніх рівнях моделі ISO/OSI і зазвичай реалізуються програмним шляхом. Цей факт дозволяє створювати будь-яку кількість протоколів різного застосування, роблячи їх настільки гнучкими, як того вимагає сучасна ситуація.

Основні протоколи

Як ви вже могли помітити, кількість протоколів, обслуговуючих модель особливо низькорівневі, не представляють особливого інтересу в плані знайомства з їх принципом роботи. Але принцип роботи і можливості інших протоколів все ж варто знати, особеннотаких, як TCP/IP, UDP, POP3 та ін.

Стеки протоколів

Як вже згадувалося вище, часто за організацію роботи усіх рівнів моделі ISO/OSI відповідають стеки протоколів. Плюсом використання стеків протоколів є те, що усі протоколи, що входять в стек, розроблені одним виробником, тобто вони здатні працювати максимально швидко і ефективно.

За час існування мереж було розроблено декілька різних стеків протоколів, серед яких найбільш популярними є TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, Novell NetWare, DECnet та ін.

У складі стеків знаходяться протоколи, працюючі на різних рівнях моделі ISO/ OSI, проте зазвичай виділяють тільки три типи протоколів : транспортний, мережевий і прикладний. Плюсом використання стеків протоколів є те, що протоколи, працюючі на нижніх рівнях, застосовують Завдяки апаратній реалізації цих протоколів стає можливим використати одно і те ж устаткування для різних типів мереж і тим самим досягати їх сумісності на апаратному рівні. Що стосується високорівневих протоколів те кожен із стеків має свої переваги і недоліки, і дуже часто трапляється так, що немає жорсткої прив'язки "один протокол - один рівень", тобто один протокол може працювати відразу на двох-трьох рівнях.

Прив'язка

Важливим моментом у функціонуванні мережевого устаткування, зокрема мережевого адаптера, являється прив'язка протоколів. На практиці вона дозволяє використати різні стеки протоколів при обслуговуванні одного мережевого адаптера. Наприклад, можна водночас використати стеки TCP/IP і IPX/SPX, і якщо при спробі встановлення зв'язку з адресатом за допомогою першого стека сталася помилка, автоматично відбувається переключання на використання протоколу з наступного стека. В цьому випадку важливим моментом являється черговість прив'язки, оскільки вона однозначно впливає на використання того або іншого протоколу з різних стеків. Незалежно від того, яка кількість мережевих адаптерів так і "декілька до одного", тобто один стек протоколів можна прив'язати відразу до декількох адаптерів або декілька стеків до одного адаптера.

TCP/IP

Стек протоколів TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) на сьогодні є найбільш поширеним і функціональним. Він працює в локальних мережах будь-яких масштабів. Крім того, це єдиний з протоколів, який дозволяє працювати глобальної мережі Інтернет. Протокол був створений в 70-х роках минулого століття управлінням Міністерства оборони США. Саме з його подання розпочалася розробка протоколу, метою якого було зєднання будь-яких двох комп'ютерів, як би далеко вони не знаходилися. Звичайно, вони переслідовали свою мету - забезпечити постійний зв'язок з центром управління, навіть якщо все навкруги буде зруйновано в результаті військових дій. У результаті була утворена глобальна мережа ARPAnet, яку міністерство активно використало у своїх цілях. Поштовхом до подальшого удосконалення і широкого В результаті популярність протоколу TCP/IP зросла.

У стек протоколів TCP/IP входить досить багато протоколів, працюючих на різних особистих рівнях, але свою назву він дістав завдяки двом протоколам - TCP і IP.

TCP(Transmission Control Protocol) - транспортний протокол, призначений для управлінням передачею даних в мережах, що використовують стек протоколів TCP/ IP. IP(Internet Protocol) - протокол мережевого рівня, призначений для доставки даних в складеній мережі з використанням одного з транспортних протоколів, наприклад TCP або UDP. Нижній рівень стека TCP/IP використовує стандартні протоколи передачі даних, що робить можливим його застосування в мережах з використанням__ованием будь-яких мережевих технологій і на комп'ютерах з будь-якою операційною системою. Спочатку протокол TCP/IP розроблявся для застосування в глобальних мережах, саме тому він є максимально гнучким. Зокрема, завдяки здатності фрагментації пакетів дані, незважаючи на якість каналуданих між різнорідними сегментами мережі. Недоліком TCP/IP- протоколу являється складність адміністрування мережі. Так, для нормального функціонування мережі потрібно наявність додаткових серверів, наприклад заходів DNS, DHCP і т. д., підтримка роботи яких і займає велику частину часу системного адміністратора.

IPX/SPX

Стек протоколів IPX/SPX(Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange) є розробкою і власністю компанії Novell. Він був розроблений для потреб операціонної системи Novell NetWare, яка ще до недавнього часу займала одну з лідируючих позицій серед серверних операційних систем. Протоколи IPX і SPX працюють на мережевому і транспортному рівнях моделі ISO/ OSI відповідно, тому відмінно доповнюють один одного. Протокол IPX може передавати дані за допомогою датаграм, використовуючи для цього інформацію про маршрутизацію в мережі. Проте для того, щоб передати дані по знайденому маршруту, необхідно спочатку встановити з'єднання між посилачем і одержувачем. Цим і займається протокол SPX або будь-який інший транспортний протокол, працюючий в парі з IPX. На жаль, стек протоколів IPX/SPX спочатку орієнтований на обслуговування мереж невеликого розміру, тому у великих мережах його використання малоефективне: зайве використання широкомовногоIBM і Microsoft, відповідно, орієнтований на використання в продуктах цих компаній. Як і у TCP/IP, на фізичному і канальному рівні стека NetBIOS/SMB працюють стандартні протоколи, такі як Ethernet, Token Ring і інші, що робить можливим його використання в парі з будь-яким активним мережевим устаткуванням. На верхніх же рівнях працюють протоколи NetBIOS(Network Basic Input/Output System) і SMB(Server MessageBlock).

Протокол NetBIOS був розроблений в середині 80-х років минулого століття, але незабаром був замінений на більше функціональний протокол NetBEUI(NetBIOS Extended User Interface), що дозволяє організувати дуже ефективний обмін інформацією в мережах, що полягають не більш ніж з 200 комп'ютерів. Щоб обмін між комп'ютерами був можливий, кожен з них повинен володіти логічним ім'ям.

Для обміну даними між комп'ютерами використовуються логічні імена, що привласнюються комп'ютерам динамічно при їх підключенні до мережі. При цьому таблиця імен поширюється наГоловні плюси протоколу NetBEUI - швидкість роботи і дуже малі вимоги до ресурсів. Якщо вимагається організувати швидкий обмін даними в невеликій мережі, що складається з одного сегменту, кращого протоколу для цього не знайти. Крім того, для доставки повідомлень встановлене з'єднання не є обов'язковою вимогою: у разі відсутності з'єднання протокол використовує датаграмний метод, коли повідомлення забезпечується адресою одержувача і посилача і "пускається в дорогу", переходячи від одного комп'ютера до іншого. Проте NetBEUI має і істотний недолік: він повністю позбавлений поняття про маршрутизацію пакетів, тому його використання в складних складених мережах не має сенсу.

Що стосується протоколу SMB(Server Message Block), то з його допомогою організовується робота мережі на трьох найвищих рівнях - сеансовому, рівні представлення і прикладному рівні. Саме при його використанні стає можливим доступ до файлів, принтерам і іншим ресурсам мережі. Цей протокол кілька разів був вдосконалений (вийшли три його версії)що дозволило застосовувати його навіть в таких сучасних операційних системах системах, як Microsoft Vista і Windows 7. Протокол SMB універсальний і може працювати в парі практично з будь-яким транспортним протоколом, наприклад TCP/IP і SPX.

HTTP

Мабуть, самий затребуваний з протоколів, з яким щоднянета: для отримання і передачі даних по Інтернету. Він працює за технологією "клієнт сервер", яка має на увазі, що є клієнти, що просять інформацію(наприклад, перегляд вмісту веб-сторінки), і серверна частина, яка обробляє ці запити і посилає відповідь. HTTP працює на рівні додатків. Це означає, що цей протокол повинен користуватися послугами транспортного протоколу, в якості якого за умовчанням виступає протокол TCP.

Перша версія протоколу HTTP була розроблена ще на початку 90-х років минулого віки і на той час повністю задовольняла користувачів своїми можливостями. Але з часом, коли в Інтернет прийшла графіка і динамічні зображення, можливостей протоколу стало не хапати і він поступово почав змінюватися. У своїй роботі протокол використовує поняття URI(Uniform Resource Identifier) - унікального ідентифікатора ресурсу, яким зазвичай виступає адреса веб-сторінок , файлу або будь-якого іншого логічного об'єкту. використовуючи параметри, можна вказати, в якому форматі і кодуванні ви хочете отримати відповідь від сервера. Це у свою чергу дозволяє передавати за допомогою HTTP не лише текстові документи, але і будь-які двійкові дані.

Основним недоліком протоколу HTTP є надмірний об'єм текстової інформації, необхідній для того, щоб клієнт міг правильно відобразити отриманий від сервера відповідь. При великому об'ємі вмісту веб-сторінки це може створювати надмірно великий трафік, що погіршує сприйняття інформації. Крім того, протокол повністю позбавлений яких-небудь механізмів збереження стану, що робить неможливою навигацию по веб-сторінках за допомогою одного лише HTTP- протоколу. З цієї причини разом з HTTP- протоколом використовуються сторонні протоколи або користувачеві необхідно працювати з браузером, оброблювальним HTTP- запити.

FTP

Протокол FTP(File Transfer Protocol) є "рідним братом" протоколу HTTP, тільки, на відміну від останнього, він працює не з Як і HTTP, він працює на прикладному рівні і в якості транспортного протоколу використовує TCP- протокол. Його основне завдання - передача файлів з/на FTP- сервер.

FTP- протокол є набором команд, які описують правила підключення і обміну даними. При цьому команди і безпосередньо дані передаються з використанням різних портів. Як стандартні порти використовуються порти 21 і 20: перший - для передачі даних, другої, - передачі команд. Крім того, порти можуть бути динамічними.

Розмір файлів, що передаються за допомогою FTP- протоколу, не лімітується. Предусмотрен також механізм докачки файлу, якщо в процесі передачі стався обрив зв'язку. Головним недоліком FTP- протоколу є відсутність механізмів шифрування даних, що дозволяє перехопити початковий трафік і визначити з його допомогою ім'я користувача, а також його пароль підключення до FTP- серверу. Щоб уникнути подібною ситуації, паралельно використовується протокол SSL, за допомогою якого дані шифруются.

РОРЗ і SMTP

Використання електронної пошти для обміну повідомленнями вже давно є альтернативой звичайній пошті. Електронна пошта набагато ефективніша і швидша. Її использование стало можливим завдяки протоколам POP3(Post Office Protocol Version 3) і SMTP (Simple Mail Transfer Protocol).

Протокол POP3 працює на прикладному рівні і застосовується для отримання електронних повідомлень з поштової скриньки на поштовому сервері. При цьому він використовує один з портів і транспортний протокол TCP.

Сеанс зв'язку з поштовим сервером розбитий на три етапи: авторизація, транзакція і обновление. Авторизації користувача відбувається при з'єднанні з На етапі транзакції клієнт просить у сервера виконання необхідного действия, наприклад отримання інформації про кількість повідомлень, отримання самих сообщения або їх видалення. Процес оновлення призначений для виконання запиту клиента. Після закінчення оновлення сеанс зв'язку завершується до вступу наступного запиту на з'єднання. При проходженні етапу авторизації може використовуватися будь-який з існуючих протоколів шифрування, наприклад SSL або TLS, що робить процес отримання электронний кореспонденції захищенішим.

Протокол POP3 дозволяє тільки отримувати електронні повідомлення, а для їх відправки доводиться використати інший протокол, в якості якого найчастіше застосовується SMTP, точніше, його вдосконалена версія - ESMTP(Extended SMTP). Як і POP3, протокол SMTP працює на прикладному рівні, тому йому необходимы послуги транспортного протоколу, в ролі якого виступає протокол TCP. При цьому відправка електронних повідомлень також - ще один поштовий протокол, створений на основі протоколу POP3. Він був розроблений пізніше за протокол POP3. В результаті в нім були враховані усі недоліки і додана велика кількість нових затребуваних функцій. Найбільш корисною серед них є можливість часткового скачування сообщений, аналізуючи вміст яких можна ефективно настроювати фільтри, сортирующие листи або що відсівають спам.

Ще одна важлива функція - механізм оптимізації використання каналів, по яким передаються повідомлення. Ці канали не завжди швидкі і незавантажені, тому наявність такої функції істотно полегшує життя користувача. Є також возможность передачі повідомлень по невеликих частинах, що дуже корисно, коли розмір листа великий, наприклад 5-10 Мбайт.

SLIP

Протокол передачі даних SLIP(Serial Line Internet Protocol) створений спеціально для організації постійного підключення до Інтернету з використанням наявної телефонний лінії і звичайного модему. Із-за таке підключення створюється в організаціях, що мають сервер, на якому знаходиться веб-сторінка організації і інші ресурси (база даних, файли).

Цей протокол працює разом з протоколом TCP/IP і знаходиться на нижчому рівні. Перш ніж інформація з модему поступить на обробку TCP/ IP- протоколу, її заздалегідь обробляє SLIP- протокол. Виконавши усі необхідні дії, він створює інший пакет і передає його TCP/IP.

РРР

Протокол РРР(Point - to - Point Protocol) виконує ту ж роботу, що і описаний вище SLIP. Проте він краще виконує ці функції, оскільки володіє додатковими возможностями. Крім того, на відміну від SLIP, PPP може взаємодіяти не лише з TCP/IP, але і з IPX/SPX, NetBIOS, DHCP, які широко використовуються в локальних мережах.

Протокол PPP поширеніший також завдяки використанню на интернет серверах зі встановленою операційною системою сімейства Windows NT (SLIP приміняють для з'єднання з серверами, працюючими в канальному і мережевому рівнях моделі взаємодії ISO/OSI. Його разробіткою займався консорціум, що складається з представників багатьох телефонних компаний, і створювали його спеціально для використання на існуючих телефонних лініях Коли розроблявся X.25, цифрова телефонна лінія була рідкістю - использовалась в основному аналогова. З цієї причини в нім є присутньою система обнаружения і корекції помилок, що істотно підвищує надійність зв'язку. В той же час ця система уповільнює швидкість передачі даних(максимальна - 64 Кбит/с). Проте цей факт не заважає використати його там, де передусім потрібно високу надійність, наприклад у банківській системі.

Frame Relay

Frame Relay - ще один протокол, призначений для передачі даних по телефонний лінії. Окрім високої надійності(як у X.25), він володіє додатковими полезными нововведеннями. Оскільки передавані дані можуть мати формат відео, аудіо чи містити електронну інформацію, є можливість вибирати пріоритет передаваемого вмісту. Ще одна особливість протоколу Frame Relay - його швидкість, яка досягає 45 Мбіт/с.

AppleTalk

Протокол AppleTalk є власністю компанії Apple Computer. Він буввідповідає за роботу певного рівня моделі ISO/OSI. На відміну від протоколів TCP/IP і IPX/SPX, стек протоколу AppleTalk використовує собственную реалізацію фізичного і канального рівнів, а не протоколи моделі ISO/OSI.

Розглянемо деякі протоколи стека AppleTalk.

DDP(Datagram Delivery Protocol) відповідає за роботу мережевого рівня. Його основ ное призначення - організація і обслуговування процесу передачі даних без предва дительной установки зв'язку між комп'ютерами.

RTMP(Routing Table Maintenance Protocol) - працює з маршрутними таблицями AppleTalk. Будь-яка така таблиця містить інформацію про кожен сегмент, куди можлива доставка повідомлень. Таблиця складається з номерів маршрутизаторів(порту), які можуть доставити повідомлення до вибраного комп'ютера, кількості маошрутизаторов, параметрів вибраних сегментів мережі(швидкості, завантаженості і т. п).

NBP(Name Binding Protocol) - відповідає за адресацію, яка зводиться до прив'язки логічного імені комп'ютера до фізичної адреси в мережі. Окрім процесу прив'язки імені, він відповідає за реєстрацію, підтвердження, стирання і пошук цього імені.

ZIP(Zone Information Protocol) - працює в парі з протоколом NBP, допомагаючи йому пропереводити пошук імені в робочих групах, або зонах. Для цього він використовує інформацію найближчого маршрутизатора, який створює запит по усій мережі, де можуть знаходитися о входять в задану робочу відповіді на цей запит і ідентифікаційного номера, який привласнюється цьому набору. Прикладом транзакции може бути повідомлення про доставку даних від одного комп'ютера іншому. Крім того, ATP уміє робити розбиття великих пакетів на дрібніші з подальшим їх складанням після підтвердження про прийом або доставку.

ADSP(AppleTalk Data Stream Protocol) - протокол, аналогічний ATP. Він відповідає за доставку пакетів. Проте в даному випадку здійснюється не одна транзакція, а гарантированная доставка, яка може спричинити декілька транзакцій. Крім того, протокол гарантує, що дані при доставці не будуть загублені або продубльовані.

Підрозділ 1.2 Технология Ethernet (802.3)

Ethernet

Ethernet - це найпоширеніший на сьогодні стандарт локальних мереж. Загальна кількість мереж, працюючих по протоколу Ethernet нині, оцінюється в 5 мільйонів, а кількість комп'ютерів зі встановленими мережевими адаптерами Ethernet - в 50 мільйонів.

Коли говорять Ethernet, то під цим зазвичай розуміють будь-який з варіантів цієї технології. У вужчому сенсі Ethernet - це мережевий стандарт, грунтований на експериментальній мережі Ethernet Network, яку фірма Xerox розробила і реалізувала в 1975 році. Метод доступу був випробуваний ще раніше: в другій половині 60-х років в радіомережі Гавайського університету використовувалися різні варіанти випадкового доступу до загального радіосередовища, що дістали загальну назву Aloha. У 1980 році фірми DEC, Intel і Xerox спільно розробили і опублікували стандарт Ethernet версії II для мережі, побудованої на основі коаксіального кабелю, який став останньою версією фірмового стандарту Ethernet. Тому фірмову версію стандарту який багато в чому співпадає зі своїм попередником, але деякі відмінності все ж є. Тоді як в стандарті IEEE 802.3 розрізняються рівні MAC і LLC, в оригінальному Ethernet обидва ці рівні об'єднані в єдиний канальний рівень, В Ethernet DIX визначається протокол тестування конфігурації(Ethernet Configuration Test Protocol), який відсутній в IEEE 802.3. Дещо відрізняється і формат кадру, хоча мінімальні і максимальні розміри кадрів в цих стандартах співпадають. Часто для того, щоб відрізнити Ethernet, визначений стандартом IEEE, і фірмовий Ethernet DIX, перший називають технологією 802.3, а за фірмовим залишають назву Ethernet без додаткових позначень.

Залежно від типу фізичного середовища стандарт IEEE 802.3 має різні модифікації - l0Base - 5, l0Base - 2, l0Base - T, l0Base - FL, l0Base - FB.

У 1995 році був прийнятий стандарт Fast Ethernet, який багато в чому не є самостійним стандартом, про що говорить і той факт, що його опис простоДля передачі двійкової інформації по кабелю для усіх варіантів фізичного рівня технології Ethernet, що забезпечують пропускну спроможність 10 Мбіт/с, використовується манчестерський код.

Усі види стандартів Ethernet(у тому числі Fast Ethernet і Gigabit Ethernet) використовують один і той же метод розділення середовища передачі даних - метод CSMA/CD.

Метод доступу CSMA/CD

У мережах Ethernet використовується метод доступу до середовища передачі даних, що називається методом колективного доступу з упізнанням тієї, що несе і виявленням колізій(carrier - sense - multiply - access with collision detection, CSMA/CD).

Цей метод застосовується виключно в мережах з логічною загальною шиною(до яких відносяться і радіомережі, що породили цей метод). Усі комп'ютери такої мережі мають безпосередній доступ до загальної шини, тому вона може бути використана для передачі даних між будь-якими двома вузлами мережі. Одночасно усі комп'ютери мережі мають можливість негайно(з урахуванням затримки поширення сигналу по фізичному середовищу) отримати дані, які будь-який з комп'ютерів почав передавати на загальну шину(мал. 1.6). Простота схеми підключення - це один з чинників, що визначили успіх стандарту Ethernet. Говорять, що кабель, до якого підключені усі станції, працює в режимі колективного доступу(Multiply Access, MA).

Мал 1.6 Метод випадкового доступу CSMA/CD

Етапи доступу до середовища

Усі дані, що передаються по мережі, поміщаються в кадри певної структури і забезпечуються унікальною адресою станції призначення.

Щоб отримати можливість передавати кадр, станція повинна переконатися, що середовище, що розділяється, вільне. Це досягається прослуховуванням основної гармоніки сигналу, яка також називається частотою(carrier - sense, CS), що несе. Ознакою незанятості середовища є відсутність на ній частоти, що несе, яка при манчестерському способі кодування дорівнює 5-10 Мгц, залежно від послідовності одиниць і нулів, що передаються в даний момент.

Якщо середовище вільне, то вузол має право почати передачу кадру. Цей кадр зображений на мал. 3.3 першим. Вузол 1 виявив, що середовище вільне, і почав передавати свій кадр. У класичній мережі Ethernet на коаксіальному кабелі сигнали передавача вузла 1 поширюються в обидві сторони, так що усі вузли мережі їх отримують. Кадр даних завжди супроводжується преамбулою(preamble), яка складається з 7 байт Преамбула потрібна для входження приймача в побітовий і побайтовий синхронізм з передавачем.

Усі станції, підключені до кабелю, можуть розпізнати факт передачі кадру, і та станція, яка дізнається власну адресу в заголовках кадру, записує його вміст у свій внутрішній буфер, обробляє отримані дані, передає їх вгору по своєму стеку, а потім посилає по кабелю кадр-відповідь. Адреса станції джерела міститься в початковому кадрі, тому станція-одержувач знає, кому треба послати відповідь.

Вузол 2 під час передачі кадру вузлом 1 також намагався почати передачу свого кадру, проте виявив, що середовище зайняте - на ній є присутньою частота, що несе, - тому вузол 2 вимушений чекати, поки вузол 1 не припинить передачу кадру.

Після закінчення передачі кадру усі вузли мережі зобов'язані витримати технологічну паузу(Inter Packet Gap) в 9,6 мкс. Ця пауза, що називається також міжкадровим інтервалом, потрібна для приведення мережевих адаптерів в початковий стан, а також для відвертання Після закінчення технологічної паузи вузли мають право почати передачу свого кадру, оскільки середовище вільне. Із-за затримок поширення сигналу по кабелю не усі вузли строго одночасно фіксують факт закінчення передачі кадру вузлом 1.

У наведеному прикладі вузол 2 дочекався закінчення передачі кадру вузлом 1, зробив паузу в 9,6 мкс і почав передачу свого кадру.

Виникнення колізії

При описаному підході можлива ситуація, коли дві станції одночасно намагаються передати кадр даних по загальному середовищу. Механізм прослуховування середовища і пауза між кадрами не гарантують від виникнення такої ситуації, коли дві або більше за станцію одночасно вирішують, що середовище вільне, і починають передавати свої кадри. Говорять, що при цьому відбувається колізія(collision), оскільки вміст обох кадрів стикається на загальному кабелі і відбувається спотворення інформації - методи кодування, використовувані в Ethernet, не дозволяють виділяти сигнали кожної станції із загального сигналу.

Колізія - це нормальна ситуація в роботі мереж Ethernet. У прикладі, зображеному на мал. 1.7 , колізію породила одночасна передача даних вузлами 3 і У. Для виникнення колізії не обов'язково, щоб декілька станцій почали передачу абсолютно одночасно, така ситуація маловірогідна. Набагато вірогідніше, що колізія виникає через те, що один вузол починає передачу раніше коли другий вузол вирішує почати передачу свого кадру. Тобто колізії - цей наслідок розподіленого характеру мережі.

Щоб коректно обробити колізію, усі станції одночасно спостерігають за сигналами, що виникають на кабелі. Якщо передавані і спостережувані сигнали відрізняються, то фіксується виявлення колізії(collision detection, CD). Для збільшення вірогідності швидкого виявлення колізії усіма станціями мережі станція, яка виявила колізію, перериває передачу свого кадру(у довільному місці, можливо, і не на границі байта) і посилює ситуацію колізії посилкою в мережу спеціальної послідовності з 32 біт, що називається jam- послідовністю.

Мал 1.7 Схема створення і розповсюдження колозії

Після цього передавальна станція, що виявила колізію, зобов'язана припинити передачу і зробити паузу впродовж короткого випадкового інтервалу часу. Потім вона може знову зробити спробу захоплення середовища і передачі кадру. Випадкова пауза вибирається по наступному алгоритму:

Пауза = L * (інтервал відстрочення),

де інтервал відстрочення дорівнює 512 бітовим інтервалам(у технології Ethernet прийнято усі інтервали вимірювати у бітових інтервалах; бітовий інтервал позначається як bt і відповідає часу між появою двох послідовних біт даних на кабелі; для швидкості 10 Мбіт/с величина бітового інтервалу дорівнює 0,1 мкс або 100 нс);

L є цілим числом, вибраним з рівною імовірністю з діапазону [0, 2N ], де N - номер повторної спроби передачі цього кадру : 1,2,..., 10.

Після 10-ої спроби інтервал, з якого вибирається пауза, не збільшується. Таким чином, випадкова пауза може набувати значень від 0 до 52,4 мс.

Якщо 16 послідовних спроб передачі що він носить імовірнісний характер, і вірогідність успішного отримання у своє розпорядження загального середовища залежить від завантаженості мережі, тобто від інтенсивності виникнення в станціях потреби в передачі кадрів. При розробці цього методу у кінці 70-х років передбачалося, що швидкість передачі даних в 10 Мбіт/с дуже висока в порівнянні з потребами комп'ютерів у взаємному обміні даними, тому завантаження мережі буде завжди невелике. Це припущення залишається іноді справедливим і до цього дня, проте вже з'явилися додатки, працюючі в реальному масштабі часу з мультимедійною інформацією, які дуже завантажують сегменти Ethernet. При цьому колізії виникають набагато частіше. При значній інтенсивності колізій корисна пропускна спроможність мережі Ethernet різко падає, оскільки мережа майже постійно зайнята повторними спробами передачі кадрів. Для зменшення інтенсивності виникнення колізій треба або зменшити трафік, скоротивши, наприклад, кількість вузлів в сегментіСлід зазначити, що метод доступу CSMA/CD взагалі не гарантує станції, що вона коли-небудь зможе отримати доступ до середовища. Звичайно, при невеликому завантаженні мережі вірогідність такої події невелика, але при коефіцієнті використання мережі, що наближається до 1, така подія стає дуже вірогідною. Цей недолік методу випадкового доступу - плата за його надзвичайну простоту, яка зробила технологію Ethernet самою недорогою. Інші методи доступу - маркерний доступ мереж Token Ring і FDDI, метод Demand Priority мереж 100VG - AnyLAN - вільні від цього недоліку.

Час подвійного обороту і розпізнавання колізій

Чітке розпізнавання колізій усіма станціями мережі є необхідною умовою коректної роботи мережі Ethernet. Якщо яка-небудь передавальна станція не розпізнає колізію і вирішить, що кадр даних нею переданий вірно, то цей кадр даних буде загублений. Із-за накладення сигналів при колізії інформація кадру спотвориться, і він буде відбракований приймаючою станцією (можливо, із-за спотворена інформація буде повторно передана яким-небудь протоколом верхнього рівня, наприклад транспортним або прикладним, працюючим зі встановленням з'єднання. Але повторна передача повідомлення протоколами верхніх рівнів станеться через значно триваліший інтервал часу(іноді навіть через декілька секунд) в порівнянні з мікросекундними інтервалами, якими оперує протокол Ethernet. Тому якщо колізії надійно не розпізнаватимуться вузлами мережі Ethernet, то це приведе до помітного зниження корисної пропускної спроможності цієї мережі.

Для надійного розпізнавання колізій повинне виконуватися наступне співвідношення:

Tmin >=PDV,

де Тmin - час передачі кадру мінімальної довжини, a PDV - час, за який сигнал колізії устигає поширитися до найдальшого вузла мережі. Оскільки у гіршому разі сигнал повинен пройти двічі між найбільш віддаленими одна від однієї станціями мережі(в один бік проходить неспотворений сигнал, а по дорозі назад поширюється вже спотворений колізією сигнал), то цей час називається часом подвійного обороту(Path Delay Value, PDV).

При виконанні цієї умови передавальна станція повинна устигати виявити колізію, яку викликав переданий її кадр, ще до того, як вона закінчить передачу цього кадру.

Очевидно, що виконання цієї умови залежить, з одного боку, від довжини мінімального кадру і пропускної спроможності мережі, а з іншого боку, від довжини кабельної системи мережі і швидкості поширення сигналу в кабелі(для різних типів кабелю ця швидкість дещо відрізняється).

Усі параметри протоколу Ethernet підібрані так, щоб при нормальній роботі вузлів мережі колізії завжди чітко розпізнавалися. При виборі параметрів, звичайно, враховувалося і приведене вище співвідношення, що зв'язує між собою мінімальну довжину кадру і максимальну відстань між станціями в сегменті мережі.

У стандарті Ethernet прийняте, що мінімальна довжина поля даних кадру складає 46 байт(що разом із службовими полями дає мінімальну довжину кадру 64 байт, а разом з преамбулою - 72 байт або 576 біт). Звідси може у 10-мегабитном Ethernet час передачі кадру мінімальної довжини дорівнює 575 бітових інтервалів, отже, час подвійного обороту має бути менше 57,5 мкс. Відстань, яку сигнал може пройти за цей час, залежить від типу кабелю і для товстого коаксіального кабелю дорівнює приблизно 13 280 м. Враховуючи, що за цей час сигнал повинен пройти по лінії зв'язку двічі, відстань між двома вузлами не має бути більше 6 635 м. У стандарті величина цієї відстані вибрана істотно менше, з урахуванням інших, строгіших обмежень.

Одно з таких обмежень пов'язане з гранично допустимим загасанням сигналу. Для забезпечення необхідної потужності сигналу при його проходженні між найбільш віддаленими одна від однієї станціями сегменту кабелю максимальна довжина безперервного сегменту товстого коаксіального кабелю з урахуванням загасання, що вноситься їм, вибрана в 500 м. Очевидно, що на кабелі в 500 м умови розпізнавання колізій виконуватимуться з великим запасом для кадрів будь-якої стандартної довжини, у тому числі і 72 байт(час подвійного обороту по кабелю 500 м складає всього 43,3 бітових інтервалу). Тому мінімальна довжина кадру могла б бути встановлена ще менше. Проте розробники технології не стали зменшувати мінімальну довжину кадру, маючи на увазі багатосегментні мережі, які будуються з декількох сегментів, сполучених повторителями.

Повторители збільшують потужність передаваних з сегменту на сегмент сигналів, в результаті загасання сигналів зменшується і можна використати мережу набагато більшої довжини, що полягає У коаксіальних реалізаціях Ethernet розробники обмежили максимальну кількість сегментів в мережі п'ятьма, що у свою чергу обмежує загальну довжину мережі 2500 метрами. Навіть у такій багатосегментній мережі умова виявлення колізій як і раніше виконується з великим запасом(порівняємо отримане з умови допустимого загасання відстань в 2500 м з вичисленим вище максимально можливим за часом поширення сигналу відстанню 6635 м). Проте насправді часовий запас являється істотно менше, оскільки у багатосегментних мережах самі повторители вносять в поширення сигналу додаткову затримку в декілька десятків бітових інтервалів. Природно, невеликий запас був зроблений також для компенсації відхилень параметрів кабелю і повторителей.

В результаті обліку усіх цих і деяких інших чинників було ретельно підібрано співвідношення між мінімальною довжиною кадру і максимально можливою відстанню між станціями мережі, яке забезпечує надійнеЗі збільшенням швидкості передачі кадрів, що має місце в нових стандартах, що базуються на тому ж методі доступу CSMA/CD, наприклад Fast Ethernet, максимальна відстань між станціями мережі зменшується пропорційно збільшенню швидкості передачі. У стандарті Fast Ethernet воно складає близько 210 м, а в стандарті Gigabit Ethernet воно було б обмежене 25 метрами, якби розробники стандарту не зробили деяких заходів по збільшенню мінімального розміру пакету.

У таблиці. 1.1 приведені значення основних параметрів процедури передачі кадру стандарту 802.3, які не залежать від реалізації фізичного середовища. Важливо відмітити, що кожен варіант фізичного середовища технології Ethernet додає до цих обмежень свої, часто строгіші обмеження, які також повинні виконуватися і які будуть розглянуті нижче.

Таблиця 1.1 параметри рівня MAC Ethernet

Параметри	Значення
Бітова швидкість	10 Мбіт/с
Інтервал відстрочки	512 бітових інтервала
Міжкадровий інтервал(IPG)	9,6 мкс
Максимальне число спроб передачі	16
Максимальне число зросту діапазону паузи	10
Довжина jam-послідовності	32 біту
Максимальна довжина кадру (без парамбули)	1518 байт
Мінімальна довжина кадру (без парамбули)	64 байт (512 бит)
Довжина парамбули	64 бит
Мінімальна довжина випадкової паузі после клозії	0 бітових інтервалів
Максимальна довжина випадкової паузи після колозії	524000 бітових інтервалів
Максимальна відстань між станціями мережі	2500м
Максимальне число станцій в мережі	1024

Максимальна продуктивність мережі Ethernet

Кількість оброблюваних кадрів Ethernet в секунду часто вказується виробниками мостів/комутаторів і маршрутизаторів як основна характеристика продуктивності цих пристроїв. У свою чергу, цікаво знати чисту максимальну пропускну спроможність сегменту Ethernet в кадрах в секунду в ідеальному випадку, коли в мережі немає колізій і немає додаткових затримок, що вносяться мостами і маршрутизаторами. Такий показник допомагає оцінити вимоги до продуктивності комунікаційних пристроїв, оскільки в кожен порт пристрою не може поступати більше кадрів в одиницю часу, чим дозволяє це зробити відповідний протокол.

Для комунікаційного устаткування найбільш важким режимом являється обробка кадрів мінімальної довжини. Це пояснюється тим, що на обробку кожного кадру міст, комутатор або маршрутизатор витрачає приблизно одно і те ж час, пов'язаний з переглядом таблиці просування пакету, формуванням нового кадру що поступають на пристрій в одиницю часу, природно більше, ніж кадрів будь-якої іншої довжини. Інша характеристика продуктивності комунікаційного устаткування - біт в секунду - використовується рідше, оскільки вона не говорить про те, якого розміру кадри при цьому обробляв пристрій, а на кадрах максимального розміру досягти високої продуктивності, вимірюваної у бітах в секунду набагато легше.

Використовуючи параметри, приведені в таблицю. 1.1, розрахуємо максимальну продуктивність сегменту Ethernet в таких одиницях, як число переданих кадрів(пакетів) мінімальної довжини в секунду.

Для розрахунку максимальної кількості кадрів мінімальної довжини, що проходять по сегменту Ethernet, помітимо, що розмір кадру мінімальної довжини разом з преамбулою складає 72 байт або 576 біт(мал. 3.5.), тому на його передачу витрачається 57,5 мкс. Додавши міжкадровий інтервал в 9,6 мкс, отримуємо, що період дотримання кадрів мінімальної довжини складає 67,1 мкс. Звідси максимально можлива пропускна спроможність сегменту Ethernet складає 14 880 кадр/с.

Мал. 1.8 До розрахунку пропускної здібності протоколу Ethemet

Природно, що наявність в сегменті декількох вузлів знижує цю величину за рахунок очікування доступу до середовища, а також за рахунок колізій, що призводять до необхідності повторної передачі кадрів.

Кадри максимальної довжини технології Ethernet мають поле довжини 1500 байт, що разом із службовою інформацією дає 1518 байт, а з преамбулою складає 1526 байт або 12 208 біт. Максимально можлива пропускна спроможність сегменту Ethernet для кадрів максимальної довжини складає 813 кадр/с. Очевидно, що при роботі з великими кадрами навантаження на мости, комутатори і маршрутизатори досить відчутно знижується.

Тепер розрахуємо, якою максимальною корисною пропускною спроможністю у біт в секунду володіють сегменти Ethernet при використанні кадрів різного розміру.

Під корисною пропускною спроможністю протоколу розуміється швидкість передачі призначених для користувача даних, які переносяться полем даних кадру.

Для кадрів мінімальної довжини корисна пропускна спроможність рівна:

СП =14880 * 46 *8 = 5,48 Мбіт/с.

Це набагато менше 10 Мбіт/с, але слід врахувати, що кадри мінімальної довжини використовуються в основному для передачі квитанцій, так що до передачі власне цих файлів ця швидкість відношення не має.

Для кадрів максимальної довжини корисна пропускна спроможність рівна:

СП = 813 *1500 * 8 =9,76 Мбіт/с,

що дуже близько до номінальної швидкості протоколу.

Ще раз підкреслимо, що такої швидкості можна досягти тільки у тому випадку, коли двом взаємодіючим вузлам в мережі Ethernet інші вузли не заважають, що буває украй рідкісне,

При використанні кадрів середнього розміру з полем даних в 512 байт пропускна спроможність мережі складе 9,29 Мбіт/с, що теж досить близько до граничної пропускної спроможності в 10 Мбіт/с.

За відсутності колізій і очікування доступу коефіцієнт використання мережі залежить від розміру поля даних кадру і має максимальне значення 0,976 при передачі кадрів максимальної довжини. Очевидно, що в реальній мережі Ethernet середнє значення коефіцієнта використання мережі може значно відрізнятися від цієї величини. Складніші випадки визначення пропускної спроможності мережі з урахуванням очікування доступу і відробітку колізій будуть розглянуті нижче.

Формати кадрів технології Ethernet

Стандарт технології Ethernet, описаний в документі IEEE 802.3, дає опис єдиного формату кадру рівня MAC. Оскільки в кадр рівня MAC повинен вкладатися кадр рівня LLC, описаний в документі IEEE 802.2, то за стандартами IEEE в мережі Ethernet може використовуватися тільки єдиний варіант кадру канального рівня, заголовок якого є комбінацією заголовків MAC і LLC підрівнів.

Проте на практиці в мережах Ethernet на канальному рівні використовуються кадри 4-х різних форматів(типів). Це пов'язано з тривалою історією розвитку технології Ethernet, що налічує період існування до прийняття стандартів IEEE 802, коли підрівень LLC не виділявся із загального протоколу і, відповідно, заголовок LLC не застосовувався.

Консорціум трьох фірм Digital, Intel і Xerox в 1980 році представив на розгляд комітету 802.3 свою фірмову версію стандарту Ethernet(у якій був, природно, описаний певний формат кадру) в що породило існування двох різних типів кадрів в мережах Ethernet.

Ще один формат кадру з'явився в результаті зусиль компанії Novell із прискорення роботи свого стека протоколів в мережах Ethernet.

І нарешті, четвертий формат кадру став результатом діяльності комітету 802.2 по приведенню попередніх форматів кадрів до деякого загального стандарту.

Відмінності у форматах кадрів можуть призводити до несумісності в роботі апаратури і мережевого програмного забезпечення, розрахованого на роботу тільки з одним стандартом кадру Ethernet. Проте сьогодні практично усі мережеві адаптери, драйвери мережевих адаптерів, мости/комутатори і маршрутизатори уміють працювати з усіма використовуваними на практиці форматами кадрів технології Ethernet, причому розпізнавання типу кадру виконується автоматично.

Нижче наводиться опис усіх чотирьох типів кадрів Ethernet(тут під кадром розуміється увесь набір полів, які відносяться до канального рівня, тобто поля MAC і LLC рівнів). Один і той тому нижче для кожного типу кадру наведено по декілька найбільш споживаних назв:

• кадр 802.3/LLC (кадр 802.3/802.2 або кадр Novell 802.2);

• кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3);

• кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II);

• кадр Ethernet SNAP.

Формати усіх цих чотирьох типів кадрів Ethernet приведені на мал. 1.9

Мал 1.9 Формати кадрів Ethemet

Кадр 802.3/LLC

Заголовок кадру 802.3/LLC є результатом об'єднання полів заголовків кадрів, визначених в стандартах IEEE 802.3 і 802.2.

Стандарт 802.3 визначає вісім полів заголовка(мал. 1.9; поле преамбули і початковий обмежувач кадру на малюнку не показані).

• Полі преамбули(Preamble) складається з семи що синхронізують байт 10101010. При манчестерському кодуванні ця комбінація представляється у фізичному середовищі періодичним хвилевим сигналом з частотою 5 Мгц.

• Початковий обмежувач кадру(Start - of - frame - delimiter, SFD) складається з одного байта 10101011. Поява цієї комбінації біт є вказівкою на те, що наступний байт - це перший байт заголовка кадру.

• Адреса призначення(Destination Address, DA) може бути завдовжки 2 або 6 байт. На практиці завжди використовуються адреси з 6 байт. Перший біт старшого байта адреси призначення є ознакою того, є адреса індивідуальною або груповою. Якщо він дорівнює 0, то адреса є індивідуальною(unicast), a якщо 1, то це групова адреса(multicast). Групова адреса може призначатися усім вузлам мережі або ж певній групі вузлів мережі. Якщо адреса складається з усіх одиниць, тобто має шістнадцятиричне представлення 0*FFFFFFFFFFFF, то він призначається усім вузлам мережі і називається як члени групи, номер якої вказаний в груповій адресі. Другий біт старшого байта адреси визначає спосіб призначення адреси централізований або локальний. Якщо цей біт дорівнює 0(що буває майже завжди в стандартній апаратурі Ethernet), то адреса призначена централізований, за допомогою комітету IEEE. Комітет IEEE розподіляє між виробниками устаткування так звані організаційно унікальні ідентифікатори(Organizationally Unique Identifier, OUI). Цей ідентифікатор поміщається в 3 старші байти адреси(наприклад, ідентифікатор 000081 визначає компанію Bay Networks). За унікальність молодших 3-х байт адреси відповідає виробник устаткування. Двадцять чотири біти, що відводяться виробникові для адресації інтерфейсів його продукції, дозволяють випустити 16 мільйонів інтерфейсів під одним ідентифікатором організації. Унікальність централізованих розподілюваних адрес поширюється на усі основні технології локальних мереж - Ethernet, Token Ring, FDDI і т. д.

УВАГА

В стандартах IEEE Ethernet молодший біт байта зображається в найлівішій позиції поля, а старший біт -в найправішої. Цей нестандартний спосіб відображення порядку біт у байті відповідає порядку передачі біт в лінію зв'язку передавачем Ethernet. У стандартах інших організацій, наприклад RFC IETF, ITU - T, ISO, використовується традиційне представлення байта, коли молодший біт вважається найправішим бітом байта, а старший - найлівішим. При цьому порядок дотримання байтів залишається традиційним. Тому при читанні стандартів, опублікованих цими організаціями, а також читанні даних, що відображаються на екрані операційною системою або аналізатором протоколів, значення кожного байта кадру Ethernet треба дзеркально відобразити, щоб отримати правильне уявлення про значення розрядів цього байта відповідно до документів IEEE. Наприклад, групова адреса, наявна в нотації IEEE вид 1000 0000 0000 0000 1010 0111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 або в шістнадцятиричному записі

• Адреса джерела(Source Address, SA) - це 2 - або 6-байтове поле, що містить адресу вузла - посилача кадру. Перший біт адреси завжди має значення 0.

• Довжина(Length, L) - 2-байтове поле, яке визначає довжину поля даних в кадрі.

• Полі даних(Data) може містити від 0 до 1500 байт. Але якщо довжина поля менше 46 байт, то використовується наступне поле - поле заповнення, - щоб доповнити кадр до мінімально допустимого значення в 46 байт.

• Полі заповнення(Padding) складається з такої кількості байт заповнювачів, яке забезпечує мінімальну довжину поля даних в 46 байт. Це забезпечує коректну роботу механізму виявлення колізій. Якщо довжина поля даних достатня, то поле заповнення в кадрі не з'являється.

• Полі контрольної суми(Frame Check Sequence, FCS) складається з 4 байт, що містять контрольну суму. Це значення обчислюється по алгоритму CRC - 32. Після отримання кадру робоча станція виконує власне обчислення контрольної суми для цього кадру, порівнює

Кадр 802.3 є кадром МАС-підрівня, тому відповідно до стандарту 802.2 в його поле даних вкладається кадр підрівня LLC з видаленими прапорами початку і кінця кадру. Формат кадру LLC був описаний вище. Оскільки кадр LLC має заголовок завдовжки 3(у режимі LLC1) або 4 байт(у режимі LLC2), то максимальний розмір поля даних зменшується до 1497 або 1496 байт.

Кадр Raw 802.3/Novell 802.3

Кадр Raw 8023, що називається також кадром Novell 8023, представлений на мал. 1.9. З малюнка видно, що це кадр підрівня MAC стандарту 802.3, але без вкладеного кадру підрівня LLC. Компанія Novell довгий час не використала службові поля кадру LLC у своїй операційній системі NetWare через відсутність необхідності ідентифікувати тип інформації, вкладеної в поле даних, - там завжди знаходився пакет протоколу IPX, що довгий час був єдиним протоколом мережевого рівня в ОС NetWare.

Тепер, коли необхідність ідентифікації протоколу верхнього рівня з'явилася, компанія Novell стала використовувати можливість інкапсуляції в кадр підрівня MAC кадру LLC, тобто використати стандартні кадри 802.3/L'LC. Такий кадр компанія означає тепер у своїх операційних системах як кадр 802.2, хоча він є комбінацією заголовків 802.3 і 802.2.

Кадр Ethernet DIX/Ethernet II

Кадр Ethernet DIX, що називається. також кадром Ethernet II, має структуру (см назва Type(Т), що тепер отримала, або EtherType, призначено для тих же цілей, що і поля DSAP і SSAP кадру LLC - для вказівки типу протоколу верхнього рівня, що вклав свій пакет в полі даних цього кадру.

Тоді як коди протоколів в полях SAP мають довжину в один байт, в полі Type для коду протоколу відводяться 2 байти. Тому один і той же протокол в полі SAP і поле Type кодуватиметься в загальному випадку різними числовими значеннями. Наприклад, протокол IP має код 204810(0*0800) для поля Ether - Type і значення 6 для поля SAP. Значення кодів протоколів для поля Ethel - Type з'явилися раніше значень SAP, оскільки фірмова версія Ethernet DIX існувала до появи стандарту 802.3, і до часу поширення устаткування 802.3 вже стали стандартами де-факто для багатьох апаратних і програмних продуктів. Оскільки структури кадрів Ethernet DIX і Raw 802.3 співпадають, те поле довжини/типу часто в документації означають як поле L/T.

Кадр Ethernet SNAP

Для усунення різнобою в кодуваннях типів протоколів, повідомлення яких вкладені в поле цих кадрів Ethernet, комітетом 802.2 була проведена робота по подальшій стандартизації кадрів Ethernet. В результаті з'явився кадр Ethernet SNAP(SNAP - SubNetwork Access Protocol, протокол доступу до підмереж). Кадр Ethernet SNAP(див. мал. 1.9) є розширенням кадру 802.3/LLC за рахунок введення додаткового заголовка протоколу SNAP, що складається з двох полів : OUI і Type. Полі Type складається з 2-х байт і повторює по формату і призначенню поле Type кадру Ethernet II(тобто в нім використовуються ті ж значення кодів протоколів). Полі OUI(Organizationally Unique Identifier) визначає ідентифікатор організації, яка контролює коди протоколів в полі Type. За допомогою заголовка SNAP досягнута сумісність з кодами протоколів в кадрах Ethernet II, а також створена універсальна схема кодування протоколів. Коди протоколів для технологій 802 контролює IEEE а старі значення кодів залишаться в силі.

Оскільки SNAP є протоколом, вкладеним в протокол LLC, то в полях DSAP і SSAP записується код ОхАА, відведений для протоколу SNAP. Полі Control заголовка LLC встановлюється в 0х03, що відповідає використанню ненумерованих кадрів.

Заголовок SNAP є доповненням до заголовка LLC, тому він допустимий не лише в кадрах Ethernet, але і в кадрах протоколів інших технологій 802. Наприклад, протокол IP завжди використовує структуру заголовків LLC/SNAP при інкапсуляції в кадри усіх протоколів локальних мереж : FDDI, Token Ring, 100VG - AnyLAN, Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Правда, при передачі пакетів IP через мережі Ethernet, Fast Ethernet і Gigabit Ethernet протокол IP використовує кадри Ethernet DIX.

Використання різних типів кадрів Ethernet

Автоматичне розпізнавання типів кадрів Ethernet виконується досить нескладно. Для кодування типу протоколу в полі EtherType вказуються значення, що перевищують значення максимальної довжини поля даних, рівне 1500, тому кадри Ethernet II легко відрізнити від інших типів кадрів за значенням поля L/T. Подальше розпізнавання типу кадру проводиться по наявності або відсутності полів LLC. Поля LLC можуть бути відсутніми тільки у тому випадку, якщо за полем довжини йде початок пакету IPX, а саме 2-байтове поле контрольної суми пакету, яке завжди заповнюється одиницями, що дає значення в 255 байт. Ситуація, коли поля DSAP і SSAP одночасно містять такі значення, виникнути не може, тому наявність двох байт 255 говорить про те, що це кадр Raw 802.3. У інших випадках подальший аналіз проводиться залежно від значень полів DSAP і SSAP. Якщо вони дорівнюють 0*АА, то це кадр Ethernet SNAP, а якщо ні, то 802.3/LLC.

У таблиці. 1.2 приведені дані про те, які типи кадрів Ethernet зазвичай підтримують реалізації популярних протоколів мережевого рівня.

Тип кадра	Сетевіе протоколі
Ethernet II	IPX, IP, AppleTalk Phase I
Ethernet 802. 3	IPX
Ethernet 802. 2	IPX, FTAM
Ethernet SNAP	IPX, IP, AppleTalk Phase II

Таблиця 1.2

Специфікації фізичного середовища Ethernet

Історично перші мережі технології Ethernet були створені на коаксіальному кабелі діаметром 0,5 дюйма. Надалі були визначені і інші специфікації фізичного рівня для стандарту Ethernet, передачі даних, що дозволяють використати різні середовища. Метод доступу CSMA/CD і усі тимчасові параметри залишаються одними і тими ж для будь-якої специфікації фізичного середовища технології Ethernet 10 Мбіт/с.

Фізичні специфікації технології Ethernet на сьогодні включають наступну середу передачі даних.

• l0Base - 5 - коаксіальний кабель діаметром 0,5 дюйма, що називається " товстим" коаксиалом. Має хвилевий опір 50 Ом. Максимальна довжина сегменту - 500 метрів(без повторителей).

• l0Base - 2 - коаксіальний кабель діаметром 0,25 дюйма, що називається " тонким" коаксиалом. Має хвилевий опір 50 Ом. Максимальна довжина сегменту - 185 метрів(без повторителей).

• l0Base - T - кабель на основі неекранованої витої пари(Unshielded Twisted Pair, UTP). Утворює зіркоподібну топологію на основі концентратора. Відстань між концентратором і кінцевим вузлом - не більше 100 м.

• l0Base - F - волоконно-оптичний кабель. Топологія аналогічна топології стандарту l0Base - T. Є декілька варіантів цієї специфікації - FOIRL(відстань до 1000 м), l0Base - FL(відстань до 2000 м), l0Base - FB(відстань до 2000 м).

Число 10 у вказаних вище назвах означає бітову швидкість передачі цих цих стандартів - 10 Мбіт/с, а слово Base - метод передачі на одній базовій частоті 10 Мгц(на відміну від методів, що використовують декілька частот, що несуть, які називаються Broadband, - широкосмуговими). Останній символ в назві стандарту фізичного рівня означає тип кабелю.

Стандарт 10Base-5

Стандарт IOBase - 5 в основному відповідає експериментальній мережі Ethernet фірми Xerox і може вважатися класичним Ethernet. Він використовує як середовище передачі даних коаксіальний кабель з хвилевим опором 50 Ом, діаметром центрального мідного дроту 2,17 мм і зовнішнім діаметром близько 10 мм("товстий" Ethernet). Такі характеристики мають кабелі марок RG - SHRG - ll.

Кабель використовується як моноканал для усіх станцій. Сегмент кабелю має максимальну довжину 500 м(без повторителей) і повинен мати на кінцях термінаторів, що погоджують, опором 50 Ом, що поглинають сигнали, що поширюються по кабелю, і перешкоджають виникненню відбитих сигналів. За відсутності термінаторів("заглушок") в кабелі виникають стоячі хвилі, так що одні вузли отримують потужні сигнали, а інші - настільки слабкі, що їх прийом стає неможливим.

Станція повинна підключатися до кабелю за допомогою приймача - трансивера(transmitter+Teceiver = transceiver). Трансивер встановлюється безпосередньо на кабелі і живиться від мережевого адаптера комп'ютера. Трансивер може під'єднуватися до кабелю як методом проколювання, що забезпечує безпосередній фізичний контакт, так і безконтактним методом.

Трансивер з'єднується з мережевим адаптером інтерфейсним кабелем А VI(Attachment Unit Interface) завдовжки до 50 м, що складається з 4 витих пар (адаптер повинен мати Наявність стандартного інтерфейсу між трансивером і іншою частиною мережевого адаптера дуже корисно при переході з одного типу кабелю на інший. Для цього досить тільки замінити Трансивер, а інша частина мережевого адаптера залишається незмінною, оскільки вона відпрацьовує протокол рівня MAC. При цьому необхідно тільки, щоб новий Трансивер(наприклад, Трансивер для витої пари) підтримував стандартний інтерфейс AUI. Для приєднання до інтерфейсу AUI використовується роз'єм DB - 15.

Допускається підключення до одного сегменту не більше 100 трансиверів, причому відстань між підключеннями трансиверів не має бути менше 2,5 м. На кабелі є розмітка через кожні 2,5 м, яка означає точки підключення трансиверів. При під'єднуванні комп'ютерів відповідно до розмітки вплив стоячих хвиль в кабелі на мережеві адаптери зводиться до мінімуму.

Трансивер - це частина мережевого адаптера, яка виконує наступні функції :

• прийом і передача даних з кабелю на кабель;

• визначення колізій на кабелі;

• електрична розв'язка між кабелем і іншою частиною адаптера;

• захист кабелю від некоректної роботи адаптера.

Останню функцію іноді називають "контролем балакучості", що є буквальним перекладом відповідного англійського терміну(jabber control). При виникненні несправностей в адаптері може виникнути ситуація, коли на кабель безперервно видаватиметься послідовність випадкових сигналів. Оскільки кабель - це загальне середовище для усіх станцій, то робота мережі буде заблокована одним несправним адаптером. Щоб цього не сталося, на вихід передавача ставиться схема, яка перевіряє час передачі кадру. Якщо максимально можливий час передачі пакету перевищується(з деяким запасом), то ця схема просто від'єднує вихід передавача від кабелю. Максимальний час передачі кадру(разом з преамбулою) дорівнює 1221 мкс, а час jabber - контролю встановлюється рівним 4000 мкс(4 мс).

Детектор колізій визначає наявність колізії в коаксіальному кабелі по підвищеному рівню постійної складової сигналів. Якщо постійна складова перевищує певний поріг(близько 1,5 В), значить, на кабель працює більше за один передавач. Розв'язуючі елементи(РЭ) забезпечують гальванічну розв'язку трансивера від іншої частини мережевого адаптера і тим самим захищають адаптер і комп'ютер від значних перепадів напруги, що виникають на кабелі при його ушкодженні.

Стандарт l0Base - 5 визначає можливість використання в мережі спеціального пристрою - повторителя(repeator). Повторитель служить для об'єднання в одну мережу декількох сегментів кабелю і збільшення тим самим загальної довжини мережі. Повторитель приймає сигнали з одного сегменту кабелю і побітний синхронно повторює їх в іншому сегменті, покращуючи форму і потужність імпульсів, а також синхронізуючи імпульси. Повторитель складається з двох(чи декількох) трансиверів, які приєднуються до сегментів кабелю, а також Для кращої синхроннизации передаваних біт повторитель затримує передачу декількох перших біт преамбули кадру, за рахунок чого збільшується затримка передачі кадру з сегменту на сегмент, а також дещо зменшується міжкадровий інтервал IPG.

Стандарт дозволяє використання в мережі не більше 4 повторителей і, відповідно, не більше 5 сегментів кабелю. При максимальній довжині сегменту кабелю в 500 м це дає максимальну довжину мережі l0Base - 5 в 2500 м. Тільки 3 сегменти з 5 можуть бути навантаженими, тобто такими, до яких підключаються кінцеві вузли. Між навантаженими сегментами мають бути ненавантажені сегменти, так що максимальна конфігурація мережі є двома навантаженим крайнім сегментом, які з'єднуються ненавантаженими сегментами ще з одним центральним навантаженим сегментом. На мал. 3.7 був наведений приклад мережі Ethernet, що складається з трьох сегментів, об'єднаних двома повторителями. Крайні сегменти є навантаженими, а проміжний - ненавантаженим 3 навантажені сегменти. Обмежене число повторителей пояснюється додатковими затримками поширення сигналу, які вони вносять. Застосування повторителей збільшує час подвійного поширення сигналу, яке для надійного розпізнавання колізій не повинне перевищувати час передачі кадру мінімальної довжини, тобто кадру в 72 байт або 576 біт.

Кожен повторитель підключається до сегменту одним своїм трансивером, тому до навантажених сегментів можна підключити не більше 99 вузлів. Максимальне число кінцевих вузлів в мережі l0Base - 5 таким чином складає 99*3 = 297 вузлів.