Основные принципы прокладки кабеля

Функционирование большинства сетей Ethernet невозможно без усиления сигнала, поэтому в стандарты Ethernet включены правила использования повторителей в одиночной ЛВС. В исходном 10-мегабитном стандарте применение повторителей управляется правилом 5-4-3, которое состоит в том, что в сети может быть до пяти сегментов кабеля, соединенных четырьмя повторителями, причем магистральными могут быть не более трех из этих сегментов. Во времена широкого распространения сетей на коаксиальных кабелях это означало, что в сети разрешается иметь до трех магистральных сегментов (т. е. сегментов, к которым подключены компьютеры) длиной по 500 или 185 м (для спецификаций 10Base5 и 10Base2, соответственно), соединенных между собой двумя повторителями. Кроме того, для расширения сети разрешалось добавить еще два повторителя и два сегмента кабеля по 500 или 185 м, при условии, что это будут связывающие сегменты, соединенные только с повторителями, но не с компьютерами (рис. 3).

Рис. 3. Коаксиальная сеть Ethernet, состоящая из трех магистральных и двух связывающих сегментов

В сети с топологией «звезда» все сегменты являются связывающими. Это означает, что Вы можете при помощи каскадирующих (uplink) портов соединить друг с другом до четырех концентраторов-повторителей, не нарушив правило 5-4-3 (рис. 4). Правильная конфигурация сети сохраняется при условии, что обмен данными между двумя самыми удаленными компьютерами происходит не более чем через четыре концентратора. Поскольку концентратор заодно выполняет и функции повторителя, каждый сегмент l0BaseT может достигать в длину 100 м, а максимальная протяженность сети составляет, соответственно, 500 м.

Рис. 4. В сети 10BaseT разрешается соединять до четырех концентраторов

Поскольку сети Fast Ethernet работают на более высокой скорости, чем обычный Ethernet, они не в состоянии поддерживать столько же концентраторов. В стандарте Fast Ethernet определено два класса концентраторов — I и II — которые, обычно маркируются римскими цифрами в кружочках. Концентраторы класса I способны соединять сегменты Fast Ethernet разных типов, например, 100BaseTX с 100BaseT4 или витую пару с оптоволокном, тогда как концентраторы класса II соединяют только однотипные сегменты. В сети допускается применение не более двух концентраторов класса II при общей длине кабеля (во всех трех сегментах) до 205 м в случае использования витой пары и до 228 м для оптоволокна. Концентратор класса I выполняет дополнительное преобразование сигнала, что замедляет процесс передачи, поэтому в сети такой концентратор может быть только один. Максимальная протяженность кабеля — 200 м и 272 м для витой пары и оптоволокна, соответственно.

Описанные выше правила применения концентраторов для обычного Ethernet и Fast Ethernet являются общими рекомендациями, следуя которым Вы в большинстве случаев добьетесь устойчивой работы сети. В реальности, конечно, допускаются определенные отступления. Например, если все сегменты кабеля в сети 10BaseT существенно короче 100 м (обычно так и бывает), Вы можете без особых проблем включить в сеть пятый концентратор. Чтобы обрести полную уверенность в том, что Ваша сеть удовлетворяет нужным спецификациям, Вы можете покопаться в справочниках и рассчитать для своей сети двустороннее время задержки (round-trip delay time), т. е. время прохождения пакета между двумя наиболее удаленными системами сети. Для его вычисления необходимо знать тип и длину кабеля, а также типы и количество концентраторов.

Правила прокладки кабеля l000BaseT просты. Из-за высокой скорости передачи в сети разрешается устанавливать только один повторитель. Хотя теоретически Gigabit Ethernet поддерживает полудуплексный режим с использованием концентраторов, продукты, в которых была бы реализована эта возможность, на рынке отсутствуют. Все имеющиеся реализации Gigabit Ethernet являются полнодуплексными, с использованием коммутаторов.

Кадр Ethernet

Одна из основных функций протокола Ethernet - это инкапсуляция в кадр данных, поступивших от протокола сетевого уровня, и их подготовка для передачи по сети. Кадр состоит из заголовка и трейлера, разделенных на поля, которые содержат информацию, необходимую для доставки пакета по назначению. Формат кадра Ethernet показан на рис. 5. В обычном Fast и Gigabit Ethernet он один и тот же.

Рис. 5. Кадр Ethernet/IEEE 802.3

Ниже описано назначение полей кадра Ethernet.

• Preamble (7 байтов) — чередующиеся нули и единицы, с помощью которых системы, обменивающиеся данными, осуществляют синхронизацию.

• Start of Frame Delimiter (1 байт) — 6 битов двоичных нулей и единиц, за которыми следуют две единицы. Это поле сигнализирует приемнику, что сейчас начнется передача кадра.

• Destination Address (6 байтов) — шестнадцатеричный адрес сетевого адаптера в локальной сети, которому будет передан пакет.

• Source Address (6 байтов) — шестнадцатеричный адрес сетевого адаптера системы, сгенерировавшей пакет.

• Ethertype/Length (2 байта) — в кадре DIX Ethernet это поле содержит код, идентифицирующий протокол сетевого уровня, которому предназначены данные в пакете. В кадре IEEE 802.3 в этом поле указывается длина поля данных (без заполнения).

• Data And Pad (от 46 до 1500 байтов) — данные, полученные от протокола сетевого уровня передающей системы, которые будут переданы такому же протоколу в целевой системе. Кадры Ethernet, включая заголовок и трейлер, но без полей Preamble и Start Of Frame Delimiter, должны иметь длину не менее 64 байтов, поэтому, если, от протокола сетевого уровня получено меньше 46 байтов, система добавляет в поле данных необходимое количество пустых байтов (заполнегие).

• Frame Check Sequence (4 байта) — в трейлере кадра, следующем заданными протокола сетевого уровня, находится единственное поле с контрольной суммой для всего пакета. Передающий компьютер вычисляет контрольную сумму и записывает ее в это поле. Принимающая система выполняет аналогичный расчет и сравнивает его с величиной, записанной в поле, чтобы убедиться, что пакет передан без ошибок.

Адресация Ethernet

В поля Destination Address и Source Address записываются 6-байтовые аппаратные адреса сетевых адаптеров, по которым системы идентифицируются в сети. Каждому сетевому адаптеру присвоен уникальный аппаратный адрес (МАС-адрес), состоящий из 3-байтового идентификатора производителя ОUI (Organizationally Unique Identifier), который назначен фирме-изготовителю адаптера институтом IEEE, и дополнительного 3-байтового кода, который назначен изготовителем самому адаптеру.

Ethernet, как и все протоколы канального уровня, отвечает только за передачу пакета другой системе в той же локальной сети. Если система-получатель находится в той же ЛВС, поле Destination Address содержит адрес сетевого адаптера этой системы. Если пакет предназначен системе в другой сети, в поле Destination Address записан адрес маршрутизатора, обеспечивающего доступ в целевую сеть. В последнем случае сетевой протокол должен снабдить пакет адресом другого типа (например, IP-адресом), соответствующим той системе, которой предназначается пакет.

Поле Ethertype/Length

В двухбайтовом поле, следующем за полем Source Address, заключено основное различие стандартов DIX Ethernet и IEEE 802.3. В любой сети, где используется несколько протоколов сетевого уровня, кадр Ethernet обязательно должен содержать информацию о том, какой протокол сетевого уровня сгенерировал данные в пакете. В кадре DIX Ethernet с этой целью в поле Ethertype/Length подставляются коды Ethertype, некоторые из которых приведены в табл. 2.

Таблица 2.