Gilbert H. Ethernet (перевод на русский язык - Ульянов Ю.В.)

Ethernet - наименее дорогая альтернатива высокоскоростной ЛВС. Стоимость Ethernet-адаптеров для ПК находится в пределах от 60 до 120 долларов. Они передают и получают данные со скоростью 10 миллионов бит в секунду через телефонный кабель длиной вплоть до 300 футов (100 м) к устройству-концентратору, которое обычно находится в распределительном шкафу. Концентратор добавляет менее 50 долларов к стоимости подключения каждого узла. Данные пересылаются между распределительными шкафами используя либо толстый коаксиальный кабель ("Thicknet"), либо оптоволоконный кабель.

Большинство описаний Ethernet в учебниках уделяют главное внимание толстому коаксиалу ("Thicknet"), потому что это кабельное соединение использовалось, когда Xerox изобрел эту сеть. Сегодня оно все еще используется для средних и дальних расстояний, где необходимы средние уровни надежности. Оптоволокно достает дальше и имеет большую надежность, но стоит дороже. Чтобы соединить ряд рабочих станций в пределах одной комнаты, обычно используется тонкий коаксиальный кабель под названием "Thinnet". Эта среда передачи отражает старое видение рабочих станций в лабораторной среде.

Однако, ПК и Macintosh изменили географию сетевых соединений. Компьютеры сейчас размещаются на столах, в комнатах общежитий и дома. Телефонный провод - очевидный выбор (где это возможно) для последнего прыжка от подвального помещения до рабочего стола.

Драйверы, поддерживающие карты ПК Ethernet выпускаются в четырех версиях:

·              Доступ к Интернет под DOS может быть обеспечен при использовании одной из программ "пакетного драйвера". Набор свободно распространяемых драйверов доступен на различных серверах Интернет.

·              Поддержка клиентов Novell под DOS может быть упакована как модуль, называемый IPX.COM.

·              Когда Novell должен разделить Ethernet с другим программным обеспечением, это обеспечивает частный интерфейс, называемый ODI. Из-за большой доли рынка, контролируемой Novell, ODI поддерживает большинство карт адаптеров и используется некоторым количеством других поставщиков программного обеспечения.

·              Все главные компании (Microsoft, IBM, DEC, AT&T) и все остальные операционные системы (Windows for Workgroups, OS/2, NT, Chicago) используют NDIS. Развиваемый совместно Microsoft и 3Com, NDIS также поддерживает большинство карт адаптеров и является родным выбором для Windows и сетей типа OS/2.

Через NDIS или ODI возможно поддерживать Novell IPX, IBM SNA, DECNET, Appletalk, TCP/IP (для Интернета), и NETBIOS одновременно. Конечно, это требует очень продвинутой машины операционной системы, чтобы поместить все это программное обеспечение в память.

Этот документ имеет цель объяснить базовые элементы Ethernet пользователю ПК. Предполагают, что кто-нибудь другой будет вероятно приобретать центральное оборудование и установить провод. Для обзора деталей стандартов и ограничений на оборудование и кабель, рассматривется страницу Ethernet Университета Техаса.

 

Определения и Стандарты

Раннее развитие Ethernet было сделано благодаря исследованиям Xerox. Название "Ethernet" было зарегистрировано как товарный знак Xerox Corporation. Технология была усовершенствована и второе поколение, называемое Ethernet II, получило широкое распространение. С этого момента Ethernet часто называется DIX в честь его корпоративных спонсоров Digital, Intel и Xerox. Как владелец торговой марки, Xerox установил и опубликовал стандарты.

Очевидно, никакая технология не могла стать международным стандартом для всех видов оборудования, если правила контролировались единственной американской корпорацией. IEEE была поставлена задача развития формальных международных стандартов для всех технологий локальных вычислительных сетей. Был сформирован комитет "802", чтобы посмотреть на Ethernet, Token Ring, Fiber Optic, и другие технологии ЛВС. Задача проекта состояла не только в том, чтобы индивидуально стандартизировать каждую ЛВС, но и чтобы установить такие правила, которые были бы общими для всех видов ЛВС, чтобы данные могли свободно перемещаться из Ethernet в Token Ring или Fiber Optic.

Это позднее представление создало конфликты с существующей практикой под старой системой Xerox DIX. IEEE был осторожен при разделении новых и старых правил. Было признано, что наступит такой период, когда старым сообщениям DIX и новым сообщениям IEEE 802 придется сосуществовать в одной и той же ЛВС. Был издан набор стандартов, самыми важными из которых являются:

·              802.3 - Аппаратные стандарты для карт Ethernet и кабелей

·              802.5 - Аппаратные стандарты для карт Token Ring и кабелей

·              802.2 - Новое сообщение формата данных для любых ЛВС

Стандарт 802.3, кроме того, усовершенствовал электрическое подсоединение в Ethernet. Это было немедленно принято всеми поставщиками аппаратуры. Сегодня все карты и другие устройства согласовываются с этим стандартом.

Однако, стандарт 802.2 требовал бы изменения в сетевой архитектуре для всех существующих пользователей Ethernet. Apple пришлось изменить свой Ethertalk, и сделать это при переходе от Фазы 1 к Фазе 2 Appletalk. DEC пришлось изменить свой DECNET. Novell добавил 802, как настраиваемый в свой IPX, но в то же время поддерживает как DIX, так и форматы сообщений 802.

Протокол TCP/IP, используемый в Интернет изменять отказались. Интернет стандартами управляет группа IETF, и они решили придерживаться старого формата сообщений DIX. Это произвело к возникновению противоречий между двумя организациями стандартов, которые не были разрешены.

IBM ждал, пока комитет 802 не выпустил свои стандарты, а затем строго реализовал правила 802 для всего, за исключением TCP/IP, где правила IETF взяли верх. Это значит, что NETBEUI (формат для NETBIOS в LAN) и SNA подчиняются соглашениям 802.

Таким образом, "Ethernet" страдает от слишком большого количества стандартов. Старые правила DIX для формата сообщения сохраняются в нескольких реализациях (Internet, DECNET, некоторые Novell). Новые правила 802 касаются другого движения (SNA, NETBEUI). Наиболее острая проблема заключается в том, чтобы убедиться, что клиенты и серверы Novell сконфигурированы для использования такого же формата кадра.

 

Доступ и Коллизии

Ethernet использует протокол, называемый CSMACD. Эта аббревиатура означает "Прослушивание Несущей, Множественный Доступ, Обнаружение Колллизий". "Множественный доступ" (“Carrier Sense, Multiple Access, Collision Detect”) означает, что каждая станция соединяется с единым медным кабелем (или набором проводов, которые соединяются вместе, формируя единый путь данных). "Прослушивание несущей" означает, что перед передачей данных, станция проверяет кабель, чтобы посмотреть, пересылает ли уже что-либо любая другая станция. Если ЛВС оказывается свободной, то станция может начать передачу данных.

Станция Ethernet посылает данные с частотой 10 мегабит в секунду. Это означает, что на посылку одного бита тратится 100 наносекунд. Свет и электричество преодолевают около одного фута за одну наносекунду. Поэтому, после того, как электрический сигнал первого бита преодолел расстояние около 100 футов по проводу, станция начинает посылать второй бит. Однако, протяженность кабеля Ethernet может составлять сотни футов. Если две станции размещены, скажем, на расстоянии 250 футов на одном и том же кабеле, и обе начинают передачу в одно и то же время, то они будут передавать уже третий бит, прежде чем сигнал от каждой из них достигнет другой станции.

Это объясняет надобность "Обнаруженеия Коллизий". Две станции могут начать посылать данные в одно и то же время, и их сигналы будут "сталкиваться" несколькими наносекундами позже. Когда происходит такое столкновение, две станции прекращают передачу, "поддерживают состояние коллизии", и позже пытаются возобновить передачу через случайно выбранный период задержки.

В то время как Ethernet может быть построена, используя один общий сигнальный провод, такое соглашение не является достаточно гибким, чтобы связать большинство зданий. В отличие от обычной телефонной линии, один провод Ethernet не может быть соединен с другим лишь посредством соединения двух медных проводов. Ethernet требует повторитель. Повторитель - простая станция, к которой подключаются два провода. Любые данные, получаемые по одному проводу, она бит за битом повторяет по другому проводу. Когда происходят коллизии, она также повторяет и их.

В общем случае, повторители используются для преобразования сигнала Ethernet от одного типа провода к другому. В частности,  при использовании обычного телефонного провода для  настольного подключения, hub, находящийся в телефонной распределительной коробке, содержит повторитель для каждой телефонной линии. Любые данные, приходящие по любой телефонной линии, копируются в главный коаксиальный кабель Ethernet, и любые данные из главного кабеля дублируются и передаются в каждую телефонную линию. Повторители в hub электрически изолируют каждую телефонную линию, которая необходима, если осуществляется передача 10-ти мегабитного сигнала на расстояние 300 футов по обычному проводу.

Каждый набор правил лучше всего характеризуется его наихудшим случаем. Наихудший случай для Ethernet происходит, когда ПК, находясь на максимально удаленном конце провода, начинает передачу данных. Электрический сигнал проходят по проводу через повторители, и как раз перед тем как он достигает последней станции на другом конце ЛВС, та станция (ничего не услышав, и думая, что ЛВС свободна) начинает передавать свои собственные данные. Происходит коллизия. Вторая станция распознает это немедленно, но первая станция не обнаружит этого, пока сигнал коллизии полностью не преодолеет обратный путь через ЛВС к исходной точке.

Любая система, основанная на обнаружении коллизии, должна контролировать время, которое требуется для наихудшего кругового оборота через ЛВС. Так как "Ethernet" обычно определеннную длину, этот круговой оборот ограничен 50-тью микросекундами (миллионными долями секунды). На сигнальной скорости 10 миллионов бит в секунду, этого времени достаточно, чтобы передать 500 бит. По 8 бит в байте, это чуть меньше, чем 64 байта.

Чтобы убедиться, что коллизия распознана, Ethernet требует, чтобы станция продолжала передачу, пока не закончится период длиной 50 микросекунд. Если у станции есть меньше чем 64 байта данных для передачи, то она должна дополнить данные, добавляя нули в конец.

Во времена, когда преобладала Ethernet на толстом коаксиальном кабеле, было возможным перевести 50 миллисекундный предел и другие электрические ограничения в правила о  длине кабеля, количестве станций, и количестве повторителей. Однако, добавляя новые среды передачи (как например оптоволоконный кабель) и более интеллектуальную электронику, становится трудно точно определить физические пределы расстояний. Однако эти пределы выработаны, в конечном счете, они отражают реакцию связи в наихудшем случае кругового оборота.

Возможно было бы определить некоторую другую Ethernet-подобную систему коллизий с 40-микросекундным или 60-микросекундным периодом. Смена периода, скорости, и минимального размера сообщения просто требуют новый стандарт и некоторое альтернативное оборудование. AT&T, например, однажды продвигал систему под названием "Starlan", которая передавала данные со скоростью 1 мегабит в секунду по старому телефонному проводу. Много такие системы возможны, но термин "Ethernet" в общем употребляется для обозначения системы, которая передает 10 мегабит в секунду с задержкой кругового оборота 50 микросекунд.

Чтобы расширить ЛВС дальше, чем позволяет 50-ти микросекундный предел, необходим мост или маршрутизатор. Эти условия часто смешиваются:

·              Повторитель получает а затем немедленно ретранслирует каждый бит. Он не имеет никакой памяти и не зависит ни от какого специфического протокола. Он дублирует все, в том числе коллизии.

·              Мост получает полное сообщение в память. Если сообщение повреждено коллизией или шумом, то оно отбрасывается. Если мост знает, что сообщение посылалось между двумя станциями на одном и том же кабеле, то он отбрасывает его. Иначе, сообщение ставится в очередь и будет ретранслировано в другой кабель Ethernet. Мост не имеет никакого адреса. Его действия прозрачны для клиентских и серверных рабочих станций.

·              Маршрутизатор служит агентом, чтобы получать и пересылать сообщения. Маршрутизатор имеет адрес и известен клиентским или серверным машинам. Обычно, машины непосредственно отправляют сообщения друг другу, когда они на одном и том же кабеле, и они посылают маршрутизатору сообщения, адресованные другой зоне, отделу или подсети. Маршрутизация - это функция, специфичная для каждого протокола. Для IPX, сервер Novell может служить маршрутизатором. Для SNA, APPN Network Node выполняет маршрутизацию. TCP/IP могут маршрутизировать выделенные устройства, рабочие станции UNIX, или OS/2 серверы.