4. Технология Ethernet – коллизии и борьба с ними

Коллизия это наложение сигнала, т.е, когда одновременно несколько сетевых устройств начинают передачу данных по разделяемой среде, два этих сигнала встречаются, накладываются друг на друга, и происходит коллизия (тоесть данные искажены, и не несут в себе никакой полезной нагрузки.Теперь давайте рассмотрим как это работает.

Устройство, которое желает отправить фрейм сначала слушает, свободна ли линия связи.

Когда линия связи не занята, это устройство начинает отправлять фреймы в Ethernet.

Устройство «слышит», что коллизия не происходит, значит все хорошо.

Если все же коллизия произошла (а как же первый шаг? где устройство убеждалось, что линия не занята? Дело в том, что другое устройство могло тоже прослушивать линию, и эти два устройства отправили фреймы практически в одно и тоже время, поэтому и произошла коллизия). Теперь, когда отправляемые устройства «поняли», что произошла коллизия, они отправляют так называемый jam signal, который «говорит» другим участникам сети, что сейчас передача невозможно, так как возникла коллизия и придется немного подождать.

После jam сигнала, у каждого отправляюшего устройства случайным образом определяется некоторое время, которое можно назвать «время простоя», когда устройство не может посылать никакие данные в сети.

После истечения этого таймера, алгоритм переходит к 1 шагу.

6. Технология Ethernet – коммутируемые сети

Технология коммутации сама по себе не имеет непосредственного отношения к методу доступа к среде, который используется портами коммутатора. При подключении к порту коммутатора сегмента, представляющего разделяемую среду, данный порт, как и все остальные узлы такого сегмента, должен поддерживать полудуплексный режим.

Однако когда к каждому порту коммутатора подключен не сегмент, а только один компьютер, причем по двум физически раздельным каналам, как это происходит почти во всех стандартах Ethernet, кроме коаксиальных версий Ethernet, ситуация становится не такой однозначной. Порт может работать как в обычном полудуплексном режиме, так и в дуплексном.

В полудуплексном режиме работы порт коммутатора по-прежнему распознает коллизии. Доменом коллизий в этом случае является участок сети, включающий передатчик коммутатора, передатчик сетевого адаптера компьютера, приемник сетевого адаптера компьютера и две витые пары, соединяющие передатчики с приемниками.

Коллизия возникает, когда передатчики порта коммутатора и сетевого адаптера одновременно или почти одновременно начинают передачу своих кадров.

В дуплексном режиме одновременная передача данных передатчиком порта коммутатора и сетевого адаптера коллизией не считается. В принципе, это достаточно естественный режим работы для отдельных дуплексных каналов передачи данных, и он всегда использовался в протоколах глобальных сетей. При дуплексной связи порты Ethernet стандарта 10Мбит/с могут передавать данные со скоростью 20 Мбит/с – по 10 Мбит/с в каждом направлении.

Уже первые коммутаторы поддерживали оба режима работы своих портов, позволяя использовать коммутаторы для объединения сегментов разделяемой среды, как делали их предшественники-мосты, и в то же время позволяя удваивать скорость обмена данными на предназначенных для связи между коммутаторами портах за счет работы этих портов в дуплексном режиме.

Долгое время коммутаторы Ethernet сосуществовали в локальных сетях с концентраторами Ethernet: на концентраторах строились нижние уровни сети здания, такие как сети рабочих групп и отделов, а коммутаторы служили для объединения этих сегментов в общую сеть.

Постепенно коммутаторы стали применяться и на нижних этажах, вытесняя концентраторы, так как цены коммутаторов постоянно снижались, а их производительность росла (за счет поддержки не только технологии Ethernet со скоростью 10 Мбит/с, но и всех последующих более скоростных версий этой технологии, то есть Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet со скоростью 1 Гбит/с и 10G Ethernet со скоростью 10 Гбит/с). Этот процесс завершился вытеснением концентраторов Ethernet и переходом к полностью коммутируемым сетям.

В полностью коммутируемой сети Ethernet все порты работают в дуплексном режиме, а продвижение кадров осуществляется на основе MAC-адресов.

При разработке технологий Fast Ethernet и Gigabit Ethernet дуплексный режим стал одним из двух полноправных стандартных режимов работы узлов сети. Однако уже практика применения первых коммутаторов с портами Gigabit Ethernet показала, что они практически всегда применяются в дуплексном режиме для взаимодействия с другими коммутаторами или высокоскоростными сетевыми адаптерами. Поэтому при разработке стандарта 10G Ethernet его разработчики не стали создавать версию для работы в полудуплексном режиме, окончательно закрепив уход разделяемой среды их технологии Ethernet.

6. Технология Ethernet – фильтрация трафика

7. Технология Ethernet – виртуальные локальные сети

В начале истории Ethernet, локальные сети ограничивались одним доменном коллизий. При появлении мостов с двумя и более портами, стало возможным сегментировать большую сеть на меньшие домены коллизий, значительно улучшив производительность сети. Однако это не уменьшало перегрузок сети, вызванных внезапным широковещательным штормом. Широковещательный трафик свободно перемещался через Ethernet-мосты.

C появлением Ethernet-маршрутизаторов, пользователей сети стали группировать в рабочие группы с общим доменном коллизий. Это не только улучшило эффективность сети внутри каждой группы, но и уменьшило перегрузки общей сети, вызванное внезапным широковещательным штормом. Однако разделение общей сети маршрутизаторами на рабочие группы вызвало другие проблемы. Связь между рабочими группами стала возможно только через маршрутизаторы уровня 3. Это замедлило доступ к глобальным серверам компании.

С появлением технологии коммутируемого VLAN Ethernet стало возможно логического сегментирования сети на множество широковещательных доменов, улучшающее производительность сети и уменьшающее широковещательный трафик, без замедления доступа к глобальным серверам компании. Коммутируеммый VLAN Ethernet

С появление коммутируемого Ethernet потребность его на рынке все возрастала и возрастала. На протяжении нескольких лет число коммутируемых портов в корпоративных сетях постоянно возрастало. При этом каждый коммутируемый порт был разделен все меньшим и меньшим числом пользователе сети, и даже достиг одиночного подключения каждого пользователя сети к коммутируемым портам. Этот тип сетевой инфраструктуры лучше всего пригоден для развертывания Виртуальных Локальных Сетей (VLAN).

Виртуальные сети могут быть определенны как группы пользователей отнесенные к определенным отделам или выполняющие общие функции, без ограничения физическим местонахождением пользователей и даже без ограничения использования разных сетевых устройств (коммутаторов), к которым они подключены физически.

Вышенаписанное предложение как бы определяет граници Виртуальной локальной сети (VLAN). Чаще Виртуальную локальную сеть воспринимают как общий домен широковещания. Технология VLAN делит большой домен широковещания на меньшие домены широковещания, ограничивая широковещательный трафик в пределах одной группы пользователей.