Структура стандартов ieee 802.X:

IEEE 802.3 Ethernet (802.3u – 100 Мбит/с, 802.3z – 1Гбит/с)

IEEE 802.11 Беспроводные сети

IEEE 802.15 Bluetooth

§3. Сеть Ethernet

Наиболее распространенные типы кабелей Ethernet:

Название	Тип	Максимальная длина сегмента	Узлов на сегмент	Особенности
10Base5	Толстый коаксиальный	500 м	100	Цельный кабель, ответвители «зуб вампира». Ныне устарел
10Base2	Тонкий коаксиальный	185 м	30	Разделен на сегменты, подключаемые BNC-коннекторами. Не нужны концентраторы.
10Base-T	Витая пара	100 м	1024	Низкая цена
10Base-F	Оптоволокно	2000 м	1024	Лучший вариант при прокладке между зданиями

Число 10 обозначает битовую скорость (10 мбит/с), слово Base – передачу на одной несущей частоте, последние символы – тип кабеля.

Коаксиальный кабель образует соединение «общая шина», для которого существуют проблемы выхода из строя ответвителей и соединителей, сложности поиска обрывов кабеля. Поэтому в системе 10Base-T нет общего кабеля, а используется концентратор, к которому каждый компьютер присоединяется собственным кабелем. В такой конфигурации добавление и удаление станции осуществляется проще, а обрыв кабеля обнаруживается довольно легко. Недостатком системы является ограничение длины кабеля 100 м. Тем не менее в настоящее время это наиболее распространенный тип.

Для построения сетей больших размеров несколько кабелей соединяются повторителями. Повторитель – это устройство, которое принимает, усиливает и передает сигналы в обоих направлениях. С точки зрения ПО ряд кабелей, соединенных повторителями, не отличается от сплошного кабеля. Система может состоять из большого количества сегментов кабеля и повторителей, однако два приемопередатчика должны располагаться на расстоянии не более 2,5 км, и между ними должно быть не более четырех повторителей.

Для передачи информации по сетям Ethernet используют манчестерское кодирование.

В манчестерском коде каждый временной интервал передачи одного бита делится на два равных периода.

1 – высокое напряжение (+0,85 В) в первой половине интервала и низкое (-0,85 В)– во второй;

0 – низкое напряжение, а затем высокое. Такая схема гарантирует смену уровня напряжения в середине и позволяет синхронизировать приемник с передатчиком.

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).

Все данные помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения.

Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Признаком незанятости является отсутствие несущей частоты. Если среда свободна, то узел начинает передачу данных. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные, передает их вверх по своему стеку, а затем посылает по кабелю кадр-ответ.

Если узел попытается начать передачу в момент занятости среды, то он будет вынужден ждать.

После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу – межкадровый интервал равный 9,6 мкс.

При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантирует от возникновения коллизий. Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за сигналами в кабеле. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии. Станция, которая обнаружила коллизию, прерывает передачу данных и посылает в сеть специальную последовательность из 32 бит – jam-последовательность. После возникновения коллизии время делится на дискретные интервалы, длительность которых равна максимальному времени кругового обращения сигнала (то есть его прохождению в прямом и обратном направлениях), 2. При максимальном размере сети необходимо, чтобы один интервал составлял 512 битовых интервалов, или 51,2 мкс.

После первого столкновения каждая передающая станция ждет 0 или 1 интервал, перед тем, как попытаться передавать опять. Если они столкнутся снова, то будут выбирать случайный из 0,1,2,3 интервалов.

Столкновение 1	0, 1
Столкновение 2	0, 1, 2, 3
Столкновение 3	0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
Столкновение n, где n<10	0..2n-1

После 10 столкновений подряд интервал рандомизации фиксируется на 1023, а после 16 – контроллер признает свое поражение и возвращает ошибку. Дальнейшим восстановлением занимаются более высокие уровни. Этот алгоритм называется двоичным экспоненциальным алгоритмом отката.

Метод разрабатывался, когда загрузка сетей была небольшой. При большом же количестве коллизий метод доступа CSMA/CD вообще не гарантирует станции, что она когда-либо сможет получить доступ к среде. Этот недостаток – плата за простоту, которая сделала технологию Ethernet самой недорогой и распространенной.

Максимальная производительность сети Ethernet рассчитывается для идеального случая без коллизий и дополнительных задержек.

Для коммуникационного оборудования наиболее тяжелым режимом является обработка кадров минимальной длины. Это объясняется тем, что на обработку каждого кадра мост, маршрутизатор или коммутатор тратят одинаковое время, а количество кадров минимальной длины, поступающих на устройство в единицу времени, естественно больше, чем кадров большей длины.

Размер кадров минимальной длины составляет 72 байт или 576 бит. При скорости 10 Мбит/с на передачу кадра затрачивается 57,6 мкс. Прибавив межкадровый интервал в 9,6 мкс получим, что период следования кадров минимальной длины 67,2 мкс. Отсюда пропускная способность составляет: 1 с/67,2 мкс=10⁶/67,214880 (кадр/с).

Кадры максимальной длины составляют 1526 байт или 12208 бит. На передачу кадра – 1220,8 мкс, период следования 1220,8+9,6= 1230,4 (мкс). Пропускная способность: 10⁶/1230,4813 (кадр/с).

Под полезной пропускной способностью протокола понимается скорость передачи пользовательских данных.

Для кадров максимальной длины полезная пропускная способность равна:

С=813х1500х8=9,76 Мбит/с, где 1500 байт – длина поля данных в пакете максимальной длины, что близко к номинальной скорости протокола 10 Мбит\с. Однако на практике пакеты имеют меньшую длину, поэтому полезная пропускная способность еще ниже, а из-за коллизий и задержек передачи пропускная способность еще снижается.