Физический уровень

В настоящее время в сети Ethernet и сети стандарта IEEE 802.3 может использо­ваться любой протокол локальной сети (Local Access Network — LAN). При этом термин Ethernet часто используется для обозначения любых локальных сетей ис­пользующих множественный доступ с контролем несущей и обнаружением колли­зий (carrier sense multiple access collision detect — CSMA/CD), которые в целом удовлетворяют спецификациям Ethernet, включая стандарт IEEE 802.3.

При разработке Ethernet ставилась задача заполнения среднего диапазона между низкоскоростными сетями большого размера и специализированными, обычно ра­ботающими в одном помещении малыми высокоскоростными сетями. Использова­ние Ethernet эффективно в тех случаях, когда по каналу локальной связи необходимо обеспечить высокоскоростную нерегулярную передачу данных, объем которых иногда достигает большой величины.

Термин Ethernet относится к семейству конкретных реализаций локальных сетей, которое включает в себя три основные категории.

• Сети Ethernet и сети стандарта IEEE 802.3. LAN-спецификации, работающие со скоростью 10 Мбит/с по коаксиальному кабелю.

• Сети Ethernet 100 Мбит/с. Отдельная спецификация локальной сети, также известная как быстрый Ethernet (Fast Ethernet), которая работает на витой паре со скоростью 100 Мбит/с.

• Сети Ethernet 1000 Мбит/с. Отдельная LAN-спецификация, также известная как гигабитовый Ethernet (Gigabit-Ethernet), работающая на оптоволоконном кабеле и на витой паре со скоростью 1000 Мбит/с.

Ethernet-технология сохранилась до настоящего времени и занимает важное место сре­ди других благодаря ее огромной гибкости, а также простоте и легкости реализации. Не­смотря на то, что в качестве замены предлагались и другие технологии, сетевые менеджеры и ныне часто выбирают Ethernet или его производные в качестве эффективного средства решения проблем, отвечающего современным требованиям. Для преодоления ограниче­ний Ethernet изобретательные пользователи (и организации, участвующие в разработке стандартов) постоянно создают все новые и новые “надстройки” над стандартным Ethernet. Критики, возможно, скажут, что Ethernet — технология, не способная к росту, однако ле­жащая в ее основе схема продолжает оставаться одним из основных средств передачи ин­формации в современных приложениях.

Физические соединения сетей Ethernet 802.3

Спецификации Ethernet и стандарты на кабели IEEE 802.3 определяют шинную топологию локальных сетей, работающих со скоростями до 10 Мбит/с.

На рис. 1.4 проиллюстрировано применение трех существующих кабельных стандартов.

• Стандарт 10Base2, известный как тонкий (thin) Ethernet. Этот стандарт позволяет создавать сегменты длиной до 185 метров с передачей по коаксиальному кабелю.

• Стандарт 10Base5, известный как толстый (thick) Ethernet. Этот стандарт позволяет создавать сегменты длиной до 500 метров с передачей по коаксиальному кабелю.

• Стандарт 10BaseT. Используется для передачи Ethernet-фреймов по недорогой витой паре.

Ethernet и стандарты на кабели IEEE 802.3 определяют сеть с шинной топологией и соединительным кабелем между конечными станциями и передающей средой. Для Ethernet этот кабель называется кабелем трансивера (transceiver cable). Он соединяет с трансивером устройство, подключенное к физической передающей среде. В случае конфигурации IEEE 802.3 ситуация примерно такая же, за исключением того, что соединяющий кабель называют интерфейсом подключаемого модуля (attachment unit interface — AU1), а сам трансивер называют модулем подключения к передающей среде (media attachment unit— MAU). В обоих случаях кабель подсоединяется к плате ин­терфейса (или к цепи интерфейса) внутри конечной рабочей станции.

Станции соединяются с сегментом сети кабелем, проходящим от AUI на рабочей станции к MAU, который непосредственно подсоединен к коаксиальному кабелю Ethernet. Поскольку стандарт 10BaseT предоставляет доступ только к одной станции, станции, подсоединенные к Ethernet посредством 10BaseT, почти всегда подключе­ны к концентратору или коммутатору LAN.

Рис. 1.4. Стандарты 10Base2, 10Base5 u 10BaseT

Канальный уровень

В эталонной модели OSI доступ к передающей среде осуществляется на уровне канала связи. Уровень канала связи или 2-й уровень, где используется МАС-адрес, прилегает к физическому уровню. Никакие два МАС-адреса не могут быть одинако­выми. Таким образом, сетевой адаптер (network interface card— NIC) является тем местом, где устройство подсоединяется к физической среде и каждый NIC имеет свой уникальный МАС-адрес.

Перед выпуском с завода каждого NIC производителем ему назначается уникальный номер. Этот адрес запрограммирован в микросхеме, расположенной на N 1C. Поскольку МАС-адрес имеется на каждом сетевом адаптере, то при его замене физический адрес этого компьютера (рабочей станции) меняется на МАС-адрес сетевого адаптера.

Для записи МАС-адреса используется шестнадцатеричная система счисления. Существуют два формата МАС-адресов: 0000.0с12.3456 и 00-00-0с-12-34-56.

Поясним это на примере мотеля. Предположим, что в номере 207 установлен за­мок; назовем его замок А. Ключом А можно открыть дверь номера 207. Аналогично, в номере 410 установлен замок F и его ключом F можно открыть дверь номера 410.

Предположим, что замки А и F меняются местами. После этого ключ А открыва­ет дверь номера 410, а ключ F открывает дверь номера 207.

Если следовать этой аналогии, то сетевые адаптеры являются замками. Если ме­няются местами сетевые адаптеры, то соответствующие ключи тоже необходимо по­менять местами. В этой ситуации ключи являются MAC- адресами.

В случае, если одно устройство сети Ethernet желает переслать данные на другое уст­ройство, то сетевой путь к этому другому устройству может быть проложен с использова­нием МАС-адреса последнего. Передаваемые по сети данные содержат в себе МАС-адрес адресата. В процессе прохождения их по сети сетевой адаптер каждого устройства проверяет соответствие своего МАС-адреса физическому адресу получателя, который содержится в каждом пакете данных. Если такого соответствия нет, то NIC не реагирует на этот пакет данных и он продолжает двигаться к другой станции.

Однако если эти номера совпадают, то сетевой адаптер делает копию этого пакета данных и направляет ее в компьютер, где она помещается на уровне канала связи. Даже если такая копия была сделана, сам пакет продолжает двигаться по сети, где остальные сетевые адаптеры также могут просмотреть его и проверить наличие опи­санного выше соответствия.