SIECI LOKALNE (ETHERNET)
Większość komputerów w Internecie jest połączonych w sieciach lokalnych LAN, będących najczęściej sieciami typu Ethernet. DEC, Intel i Xerox Corporation początkowo rozwijały Ethernet a komitet 802 IEEE określił dla niego normy, z których najbardziej rozpowszechnionymi są Ethernet 2.0 i IEEE 802.3.
W istocie Ethernet nie może tworzyć sieci bez oprogramowania w postaci protokołów takich, jak TCP/IP, które pozwalają terminalom na komunikację. Ethernet w swojej standardowej postaci jest mało wydajny w warunkach dużego natężenia ruchu, ma jednak wiele zalet:
· Sieć Ethernetu jest łatwa w projektowaniu i tania w instalacji
· Sprzęt sieciowy, taki jak karty sieciowe i złącza, jest tani i łatwo dostępny
· Jest techniką dobrze sprawdzoną, dojrzałą i niezawodną
· Sieć jest łatwa w rozszerzaniu i zmniejszaniu rozmiarów
· Współpracuje z większością systemów sieciowych i programowych.
Głównym problemem Ethernetu jest rywalizacja komputerów o dostęp do sieci, gdyż nie ma mechanizmu zapewniającego, że taki dostęp w danym czasie uzyskają. Rywalizacja ta powoduje, że kiedy dwa komputery podejmują transmisję w tym samym czasie, wówczas oba muszą z niej zrezygnować i w rezultacie żadne dane nie zostają przesłane. Ethernet w swojej postaci standardowej pozwala na uzyskanie szybkości transmisji sięgającej 10 Mbps, lecz nowe normy dla szybkich systemów Ethernetu minimalizują problemy dostępu do transmisji i zwiększają szybkość do 100 Mbps. W instalacji Ethernetu stosuje się kable koncentryczne lub skrętkę telefoniczną.
Ethernet używa wspólnych mediów, to znaczy, że w sieci o topologii magistralowej, wszystkie terminale są podłączone do wspólnego elektrycznego traktu. Komputery rywalizują o dostęp do sieci i tylko jeden terminal może realizować transmisję (nadawać) w danym czasie. Dane są transmitowane w porcjach, zwanych ramkami, które zawierają również adresy dostępu do mediów MAC (Media Access Control), czyli adresy terminala nadającego i odbierającego. Wspólne lokalne medium jest określane jako segment. Każdy terminal w sieci śledzi ruch w segmencie, przejmując wszystkie adresowane do niego ramki.
W Ethernecie stosowany jest protokół zwielokrotnionego dostępu z detekcją kolizji (CSMA/CD).
W sieciach CSMA/CD, terminale monitoruj~ magistralę (lub inne medium), aby ustalić czy jest zajęta. Terminal, zamierzający wysłać dane, czeka na sprzyjające transmisji warunki. Niestety, gdy dwa terminale podejmują transmisję w tym samym czasie mamy do czynienia z kolizją. Terminal nadający musi więc podczas transmisji nieprzerwanie monitorować magistralę. Gdy wystąpi kolizja oba terminale przerywaj transmisję ramek i transmitują sygnał wskazujący zator. Sygnał ten informuje inne terminale o zaistniałej kolizji. Po sygnale kolizji każdy z terminali przed ponownym podjęciem transmisji odczekuje losowo ustalany okres.
To ustalane opóźnienie spełnia funkcję hierarchizacji terminali w sieci. Rywalizujące o dostęp do sieci terminale, nie mają gwarancji takiego dostępu w dowolnym czasie. Kolizje w oczywisty sposób zwalniają działanie sieci. Każdy terminal w sieci musi mieć możliwość wykrycia kolizji i być jednocześnie zdolny do nadawania i odbioru. Terminale mogą być dołączone do wspólnej magistrali lub koncentratora Ethernetu.
STANDARDY IEEE
IEEE jest główną organizacją standaryzacyjną dla sieci LAN i protokołu zwielokrotnionego dostępu z detekcją kolizji CSMA/CD (Carrier Sence Multiple Access/ Collision Detect) dla Ethernetu. Rysunek 2.2 pokazuje jak standardy IEEE dla protokołu CSMA/CD odpowiadają modelowi OSI. Dwie warstwy standardu IEEE odpowiadają warstwom modelu OS1: fizycznej i łącza danych. W sieciach Ethernet większość sprzętu odpowiada standardowi IEEE 802.3. Zadaniem warstwy sprzętowej kontroli dostępu MAC, jest umożliwienie wielu terminalom korzystanie z jednego kanału komunikacyjnego. Warstwa ta uzupełnia ramkę o bity startu i końca ramki, hit detekcji błędu, informację sterującą dostępem do sieci oraz adresami źródła i przeznaczenia. Wszystkie dane Ethernetu podlegają systemowi wykrywania błędów, znanego, jako cykliczne sprawdzanie redundancji CRC (Cyclic Redundancy Check).
RODZAJE ETHERNETU
Występuje pięć głównych typów sieci Ethernetu:
· Podstawowy lub gruboprzewodowy (Thick Wire) Ethernet 10BASE5,
· Zubożony lub cienkoprzewodowy (Thin Wire) Ethernet, lub tani 10BASE2,
· Ethernet na skrętce telefonicznej, 10BASE-T,
· Ethernet na światłowodzie, 10BASE-FL,
· Szybki, (Fast Ethernet) 100BASE-TX lub 100VG-Any LAN.
W rodzajach podstawowym i zubożonym poszczególne segmenty Ethernetu są łączone bezpośrednio, co przedstawiono na rysunkach 2.5 i 2.6. W podstawowym Ethernecie 10BASE5 natomiast stosowany jest kabel o dobrych parametrach (RG-50) oraz złącza typu N do włączenia transceivera do segmentu Ethernetu. Terminale są łączone z transiverem za pomocą złączy 9-końcówkowych typu D. Do podłączenia transceivera do kabla magistrali mogą być użyte złącza typu wampir (lub żądło pszczele), wcinające się w izolację.
W zubożonej lub taniej sieci używa się kabla o niższej jakości ( ma wewnętrzny przewód o mniejszej średnicy). Podobnie złącza kablowe mają gorsze parametry, tzn. stosowane są raczej złącza BNC niż typu N. W podstawowym Ethernecie transceiver, jest podłączony bezpośrednio do złącza magistrali. W tańszej sieci transceiver jest zintegrowany z terminalem.
W wielu nowoczesnych sieciach Ethernetu do łączenia terminali z magistralą stosuje się koncentratory typu IOBASE-T ze złączami RJ-45 oraz kable UTP. W Ethernecie z kablem światłowodowym IOBASE-FL możliwe jest realizowanie połączenia na większe odległości, zwykle do 2 km. Stosowane są tutaj złącza SMA lub ST. Złącza SMA są typu śrubowego z gwintem, podczas gdy ST są zatrzaskowe.
KONCENTRATORY DLA SKRĘTKI TELEFONICZNEJ
Terminale Ethernetu na skrętce telefonicznej 10BASE-T, są zwykle podłączane do magistrali poprzez koncentrator w sposób przedstawiony na rysunku 2.7. Do skrętki telefonicznej s~ stosowane złącza RJ-45. Połączenie z magistralą może być natomiast zrealizowane jako cienko lub grubo-przewodowe. Koncentratory mogą być łączone kaskadowo, (jeden koncentrator podłączony jest do drugiego). Prowadzi to do sieci skoncentrowanej CAN (Concentrated Area Network) i ogranicza natężenie ruchu w magistrali. Koncentratory do skrętki telefonicznej usprawniają działanie sieci.
W Ethernecie 10BASE-T używa się dwóch kabli ze skrętki telefonicznej, jednego do nadawania a drugiego do odbioru. Kolizja występuje wtedy, gdy terminal (lub koncentrator) wykryje odbiór danych, podczas nadawania.
ETHERNET 100 MBPS
Ethernet standardu 10 Mbps nie działa zbyt dobrze w przypadku, kiedy użytkownicy pracują z aplikacjami multimedialnymi. Udoskonaleniami tego standardu są Fast Ethernet (IEEE 802.3u) i 100 VG-AnyLAN (IEEE 802.12). W porównaniu z podstawowym Ethernetem szybkość transmisji zwiększyła się 10-krotnie. Nowymi standardami Ethernetu, o szybkości 100 Mbps, zyskującymi coraz większą popularność, są:
· 100BASE-T (skrętka telefoniczna) - uzyskuje się 100 Mbps na dwu parach wysokiej jakości skrętki telefonicznej (kable UPT kategorii S),
· 100VG-AnyLAN (skrętka telefoniczna) - uzyskuje się również 100 Mbps na dwu parach tego samego typu kabli.
100BASE-T
Fast Ethernet lub 100BASE-T, jest to po prostu Ethernet 10BASE-T pracujący z szybkością 10 krotnie wyższą. Jest to naturalny rozwój od podstawowego Ethernetu, umożliwiający łatwą modernizację istniejącej sieci. Niestety, tak samo jak w podstawowym Ethernecie, terminale rywalizuje o dostęp do sieci, co zmniejsza szybkość operacji, kiedy występuje duże natężenie ruchu. Ponieważ zawsze stosowana jest detekcja kolizji, to maksymalna długość połączenia jest ograniczona czasem niezbędnym do tego, aby najszybszy terminal wykrył kolizję w sieci. Dla Fast Ethernet na kablach miedzianych ze skrętki telefonicznej odcinek ten wynosi 100 m, a dla połączenia światłowodowego - 400 m.
Ponieważ standard 100BASE-T jest kompatybilny z. 10BASE-T, to sieć dopuszcza obie szybkości transmisji 10 Mbps i 100 Mbps. Podwyższenie parametrów sieci jest łatwe, gdyż wymaga jedynie dodania adapterów interfejsowych kart sieciowych o podwójnej szybkości. Terminale o szybkości 100 Mbps mogą komunikować się zarówno z terminalami o takiej szybkości, jak również z wolniejszymi terminalami o szybkości 10 Mbps.
100VG-AnyLAN
Standard 100VG-AnyLAN (IEEE 802.12), rozwijany głównie przez firmę Hewlett Packard, przezwycięża problem rywalizacji terminali o dostęp do magistrali dzięki zastosowaniu zasady priorytetu, znanej jako metoda priorytetu żądania DPAM (Demand Priority Access Method) lub metoda arbitrażu krążącej pliszki. Odmiennie niż w Fast Ethernecie, terminale zawsze są połączone z koncentratorem, który regularnie sprawdza porty wejściowe w celu stwierdzenia, czy jakiś z terminali nie występuje z żądaniem dostępu do magistrali.
Dużą zaletą standardu 100VG-AnyLAN jest praca z ramkami obu standardów IEEE 802.3 (Ethernet) i IEEE 802.5 (Token Ring), dzięki czemu może być łatwo integrowany z istniejącymi sieciami typu 10BASE-T i Token Ring.
Standard 100VG-Any ma wbudowany dwupoziomowy mechanizm priorytetu: żądanie o wysokim priorytecie i żądanie o normalnym priorytecie. Żądanie o wysokim priorytecie jest używane dla transmisji danych w czasie rzeczywistym, takim jak mowa lub video. Obecnie używanie tej możliwości w koncentratorach jest ograniczone, ponieważ kiedy dane opuszczą koncentrator, nie ma mechanizmów wspomagających udogodnienia.
Standard 100VG-AnyLAN pozwala na łączenie do siedmiu poziomów koncentratorów (tj. jeden główny i sześć w połączeniu kaskadowym) z maksymalną odległością 150 m między terminalami. Inaczej niż w innych rodzajach Fthernetu pozwala to przyłączenie dowolnej liczby terminali do segmentu (na przykład 10BASE5 ogranie liczbę terminali na segment do 100).
Modernizacja do Fast Ethernet
Jeżeli istniejąca sieć jest oparta na standardowym Ethernecie, wtedy w większości przypadków, najlepszym sposobem modernizacji jest przejście do Fast Ethernet lub do 100VG-AnyLAN. Ponieważ protokoły i metody dostępu są te same, nie ma potrzeby zmiany oprogramowania zarządzającego siecią lub programów aplikacyjnych. Sposób modernizacji do Fast Ethernet jest prosty i może przebiegać następująco:
· Zmodernizowanie terminali, takich, jak serwery i wysokiej mocy stacje robocze dużej szybkości, do poziomu Fast Ethernet,
· Stopniowa zmiana kart sieciowych (NIC - Network Interface Cards) w segmentach Ethernetu na karty, które mogą współpracować w obu standardach 10ASE-T i 100BASE-T. Karty te automatycznie określają szybkość transmisji i mogą pracować z szybkościami 10 lub 100 Mbps.
Ścieżka modernizacji do 100VG-AnyLAN jest trudniejsza, ponieważ opiera się na koncentratorach i inaczej niż w Fast Ethernet, większość kart sieciowych NIC ma różne złącza sieciowe, inne dla 10BASE-T i inne dla 100VG-AnyLAN (chociaż większość kart sieciowych ma automatyczną detekcję szybkości). Sposób postępowania może być następujący:
· Zmodernizowanie terminali takich jak serwery lub dużej mocy stacje robocze, do wymagań 100VG-AnyLAN,
· Zainstalowanie koncentratorów 100VG-AnyLAN,
· Podłączenie terminali do koncentratorów 100VG-AnyLAN i wymiana złączy.
Trudno, jest precyzyjnie wskazać różnice w działaniu między Fast Ethernet a 100VG-AnyLAN. Fast Ethernet stosuje dobrze wypróbowaną technologię, lecz niedostatkiem jest rywalizacja terminali w dostępie do magistrali. 100VG-AnyLAN jest relatywnie nową technologię a stosowany protokół potwierdzania i koncentratory zwiększają czas opóźnienia. Maksymalna przepustowość sieci 100BASE-TX jest ograniczona do 50 Mbps, podczas gdy dla 100VG-AnyLAN przepustowość sięga 96 Mbps.
Standard 100BASE-TX nie pozwala na dalszą modernizację zwiększającą szybkość, podczas gdy dla 100VG-AnyLAN jest ona możliwa aż do 400 Mbps.
Borysek12