Что такое технология Ethernet – история сетевого кабеля
Для многих это просто кабель, который позволяет подключить компьютер – настольный компьютер или ноутбук – без разницы – игровые приставки, жесткие диски и медиацентры к маршрутизатору с целью создания локальной сети (Local Area Network), т.е. домашней сети. Однако, понятие Ethernet объединяет целое семейство технологий, необходимых для создания и эксплуатации локальных сетей (в частности, LAN), технические характеристики которых были установлены в соответствии со стандартом IEEE 802.3.
Экспериментально задуманный в середине 70-х годов в лабораториях Xerox PARC Робертом Меткалфом и его помощником Дэвидом Боггсом, Ethernet в настоящее время является наиболее используемой технологией в домашних условиях для создания сетей, которые включают в себя и соединяют небольшое количество узлов.
По этой причине создаются всё более эффективные коммутаторы Ethernet, необходимые для быстрой и надёжной связи между двумя узлами одной сети.
Что такое Ethernet
С технической точки зрения, Ethernet – это набор протоколов и сетевых инструментов, которые позволяют создавать локально разнородные локальные сети (от нескольких узлов до нескольких десятков).
Теоретически длина кабеля Ethernet может достигать 100 метров: устройства, которые повторяют или перенаправляют сигнал, используются для соединения узлов на большем расстоянии. Для этой цели используют Ethernet-мосты и Ethernet-коммутаторы – периферийные устройства, способные соединять различные сегменты одной и той же локальной сети.
Общим элементом любой сети Ethernet является структура пакета, называемая кадром. Кадр, состоящий из 7 различных элементов, отвечает за передачу данных между двумя узлами одной и той же локальной сети.
Как сделан кабель Ethernet
Внешне кабель Ethernet выглядит как длинный провод, покрытый пластиковой оболочкой с двумя разъемами RJ45 (также изготовленными из пластика). Внутри оболочки между различными защитными и экранирующими слоями мы обнаруживаем четыре витые пары, отвечающие за передачу данных от одного сетевого устройства к другому. Витые пары отличаются друг от друга благодаря цветовой идентификации: синий, оранжевый, зеленый и коричневый. Таким образом, у нас будет синяя витая пара (полноцветный кабель и полосатый кабель), оранжевая витая пара (полноцветный кабель и полосатый кабель), зеленая витая пара (полноцветный кабель и полосатый кабель) и коричневая витая пара (полноцветный кабель и полосатый кабель).
Кабели Ethernet могут быть прямыми или скрещенными. В прямых кабелях Ethernet схема витой пары одинакова как в одном разъеме RJ45, так и в другом: это означает, что порядок, в котором расположены 8 медных кабелей, поддерживается на двух концах провода Ethernet.
В скрещенных кабелях Ethernet положение восьми кабелей «меняется», как если бы они были отражены в зеркале: если в одном разъеме RJ45 вы начинаете с коричневой витой пары и заканчиваете оранжевой, на другом конце начинайте с оранжевой, а заканчивайте коричневой.
Семь элементов кадра Ethernet
История кабеля Ethernet
Все физические и протокольные элементы, служащие для технического определения Ethernet, были экспериментально спроектированы Робертом Меткалфом в период с 1973 по 1974 годы в Xerox PARC (исследовательский центр Пало-Альто). Последний был вдохновлен ALOHAnet, сетевым протоколом, целью которого было гарантировать доступ и функции передачи данных в небольших сетях.
Название Ethernet впервые было использовано в мае 1973 года самим Меткалфом, который пытался убедить руководителей Xerox в важности е своей работы. Название было выбрано, чтобы «воздать должное» светоносному эфиру, газообразному и неощутимому веществу, которое в середине XIX века считалось инертной средой, через которую распространялись электромагнитные волны. В 1975 году Xerox подал патент от имени Меткалфа и его команды (в дополнение к Дэвиду Боггсу патент носит имена Чака Такера и Батлера Лэмпсона).
Технологии, описанные в патенте, были успешно использованы в Xerox PARC, и в 1976 году Меткалф и Боггс опубликовали научную статью «Ethernet: распределенная коммутация пакетов для локальных компьютерных сетей», в которой они описали фундаментальные части и работу сети, основанную на технологии Ethernet.
В 1979 году Меткалф покинул Xerox, но всё же смог убедить тогдашнего американского ИТ-гиганта вступить в партнерство с Digital Equipment Corporation и Intel, чтобы начать работу над уникальным стандартом Ethernet. Так родилась команда DIX (из инициалов трёх компаний, участвующих в проекте), которая в следующем году представила Институту инженеров по электронике и электронике (IEEE) первое предложение по стандартизации Ethernet в области LAN. Это первое предложение касалось стандарта со скоростью 10 Мбит/с и 48-битными адресами: то была 10BASE-T – «базовая модель» подключения Ethernet.
Модели Ethernet
Среди множества способов, которыми можно «каталогизировать» различные типы Ethernet, разработанные за последние 30 лет использования этой технологии, наиболее распространенным является метод, основанный на максимальной теоретической скорости, которая может быть достигнута во время передачи файла.
10BASE-T
Спецификация базового уровня протокола IEEE 802.3 характеризуется скоростью передачи 10 мегабит (10 миллионов бит) в секунду. Кабели состоят из двух витых пар телефонных линий, скрученных вместе, в то время как разъемы RJ-45 также были взяты с телефонной линии.
Fast Ethernet
Стандарты передачи данных для сетей LAN, теоретическая максимальная скорость которых составляет 100 мегабит в секунду. Также в этом случае 100BASE-T является преобладающим стандартом, который характеризуется двумя витыми парами и разъемами RJ-45.
Гигабитный Ethernet
Эволюция Fast Ethernet, приведшая к 10-кратному увеличению скорости. Как следует из названия, Gigabit Ethernet характеризуется скоростью передачи 1 гигабит (1 миллиард бит) в секунду, используя конфигурацию 1000BASE-T, медные пары телефонных проводов и разъёмы RJ-45.
2.5GBASE-T, 5GBASE-T и 10GBASE-T с кабелями категории Cat5e, Cat6 и Cat7
Однако, развитие кабелей Ethernet позволило техническим специалистам и инженерам выйти за пределы порога в 1 гигабит. Сегодня на рынке уже есть кабели, которые могут достигать 10 гигабит в секунду: это относится к Ethernet-кабелям Cat 7 (также называемым 10GBASE-T), способным передавать пакеты данных со скоростью 1,25 гигабайта в секунду (1 байт = 8 бит).
Однако, они не единственные, которые могут выйти за пределы гигабитного уровня скорости: с введением стандарта IEEE 802.3bz, по сути, были достигнуты значительные улучшения производительности также для кабелей Ethernet Cat 5e и Cat 6. Первый также называется 2.5GBASE-T, имеет максимальную скорость передачи данных 2,5 гигабит в секунду; второй, называемый 5GBASE-T, может развивать скорость до 5 гигабит в секунду.
Протоколы Gigabit Ethernet: 1000Base-T и 1000Base — TX. В чем разница?
Параметры протокола 1000 BASE-T Gigabit Ethernet описываются документом IEEE Std 802.3ab, утвержденным Ассоциацией стандартов Института инженеров электроники и электротехники (IEEE-SA). Второй стандарт называется ANSI/TIA-854 “Спецификация физического уровня дуплексного 1000 BASE-TX Gigabit Ethernet симметричных кабельных систем категории 6”.
Оба стандарта используют все четыре пары в кабеле, но в каждом применена различная техника передачи и схема кодирования. В соответствии с 802.3ab (1000Base-T) поток данных со скоростью 1 Гбит/с распределяется равномерно по всем четырем парам, таким образом, по каждой из них данные передаются со скоростью 250Мбит/с. Причем передача по каждой паре ведется в двух направлениях. В соответствии с ANSI/TIA-854 (1000Base-TX) физически разделены передающие и приемные пары, т.е. по двум парам данные передаются со скоросью 500Мбит/с, по двум другим передача ведется с той же скоростью в обратном направлении. Для работы такого приложения требуется более высокое качество кабельной системы (КС).
Основное отличие 1000Base-TX состоит в отсутствии схемы цифровой компенсации наводок и возвратных помех. В результате сложность, уровень энергопотребления и цена процессоров TIA-854 ниже, чем у процессоров IEEE 1000BASE-T.
Зачем нужны кабельные системы Категории 6?
Протокол 1000Base-T был разработан с той целью, чтобы Gigabit Ethernet мог работать по ранее инсталлированным КС Категории 5/5Е. Большая часть этих инсталляций может быть способна к передаче Gigabit Ethernet, а часть нет, по причине слишком большого разброса задержек прохождения сигналов по витым парам (delay skew), который оказывает влияние на правильную работу 250Мбит/с протокола. Конфигурация 1000Base-T значительно усложняет и удорожает проект из-за необходимости двунаправленной передачи по каждой паре. Чтобы отделить прием от передачи, требуются сложные схемотехнические решения, также цифровые сигнальные процессоры (DSPs Digital Signal processors) должны компенсировать перекрестные наводки и отражения в кабельном тракте.
Поскольку в 1000Base-TX передающие и приемные пары физически разделены, то применение дорогих чипов не требуется, эхо-сигнал подавлять не нужно. Следовательно, электроника 1000Base-TX должна быть дешевле и проще, чем 1000Base-T. Но чтобы обеспечить скорость передачи данных по каждой паре в 1000Base-TX(500Мбит/с) в два раза большую, чем в 1000Base-T(250Мбит/с) и в 5 раз большую, чем в Fast Ethernet 100Base-TX(100Мбит/с), необходима КС Категории 6, которая обеспечивает необходимый запас технических характеристик для такой высокой скорости.
Какая система для Gigabit Ethernet будет дешевле:
1000Base-T (Кат.5Е) или 1000Base-TX (Кат.6)?
Должным образом сконфигурированные сети 1000Base-T и 1000Base-TX должны обеспечить один и тот же результат: Надежный Gigabit Ethernet! Сегодня стоимость КС Категории 6 (которая необходима для работы 1000Base-TX) больше стоимости КС Категории 5Е. Будет ли разница в стоимости всей информационной системы?
Стоимость КС обычно составляет 5-7% от стоимости ЛВС в целом, ее срок эксплуатации значительно больше времени жизни или морального старения всех остальных элементов информационной системы (ПК, серверы, активное сетевое оборудование, программные средства). В отличие от кабельной системы стоимость активного сетевого оборудования может составлять 7-12% от стоимости ЛВС.
Разница в цене между КС Категорий 5Е и 6 будет компенсироваться более дешевым и простым активным оборудованием Gigabit Ethernet 1000Base-TX. Можно расчитывать, что с ростом продаж КС Категории 6 их стоимость будет снижаться.
Категория 6 это необходимый фундамент для снижения полной стоимости системы Gigabit Ethernet особенно для тех заказчиков, которые не устанавливают сразу оборудование Gigabit Ethernet, но планируют перейти на эту технологию в будещем.
По материалам компании «Профессиональные сетевые системы».
Сетевые решения. Статья была опубликована в номере 02 за 2004 год в рубрике технологии
ИТ База знаний
Полезно
— Онлайн генератор устойчивых паролей
— Онлайн калькулятор подсетей
— Руководство администратора FreePBX на русском языке
— Руководство администратора Cisco UCM/CME на русском языке
— Руководство администратора по Linux/Unix
Навигация
Серверные решения
Телефония
FreePBX и Asterisk
Настройка программных телефонов
Корпоративные сети
Протоколы и стандарты
Не путать с «интернет»!
Полный курс по Сетевым Технологиям
В курсе тебя ждет концентрат ТОП 15 навыков, которые обязан знать ведущий инженер или senior Network Operation Engineer
Видео: Ethernet на пальцах
Обобщенно про Ethernet
В терминах семиуровневой модели OSI (если не знаете про нее, почитайте, это интересно!), стандарт Ethernet живет на первом и на втором уровнях. На первом уровне описаны способы передачи электрических, оптических и беспроводных (радио, например) сигналов, а на втором формирование кадров (фреймов). И тут мы делаем вывод:
Ethernet “по полочкам”
Скорость
В 1999 году, благодаря технологическому “рывку”, на свет появился Gigabit Ethernet, который уже поддерживает подключения скоростью 1000 Мбит/с или 1 Гбит/с. Отметим, что “гигабитными” линками зачастую в корпоративных сетях подключает даже сервера.
Линком в профессиональной среде называют канал подключения того или иного узла. Фраза “подключил к свичу сервер гигабитным линком” означает, что коллега подключил кабелем UTP сервер к коммутатору по стандарту Gigabit Ethernet.
И пожалуй финалочку по скорость: впервые в 2002 году IEEE опубликовал стандарт 802.3ae, в котором описал 10 Gigabit Ethernet, или как его еще называют 10GE, 10GbE и 10 GigE. Догадаетесь, на какой скорости он работает? 😉
Кабели
Для работы с более высокоскоростными стандартами, такими как Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet понадобится кабель категории 5e или 6 категории
Ethernet vs. Wi-Fi: преимущества
Стабильность сигнала
На самом деле развертывание локальной сети на базе проводного подключения дороже и сложнее. Но конечно есть преимущества, а особенно для организаций. В первую очередь, вспомним: Wi-FI передается по радиочастотам. Если вы живете в Москве и слушаю радио на машине въезжали в Лефортовский туннель вы точно знаете, что происходит с радиосигналом по мере погружения в туннель. Тоже самое происходит и с Wi-Fi.
Безопасность
Отметим, что как правило, Ethernet работает на удаленности 100 метров от от роутера. При большем расстоянии нужен некий репитер сигнала.
Ethernet vs. Wi-Fi: недостатки
Стоимость
С одной стороны, в домашней сети, достаточно просто подключить 1 кабель к порту вашего ПК и все работает. Здесь стоимость отличия от домашней Wi-Fi сети складывается только из стоимости кабеля. А что если вы организация? Кабелей нужно больше, к тому же, 1 кабель = 1 порт на коммутаторе. Соответственно, нужно закупать коммутаторы, фаерволы (безопасность, а как же?), маршрутизаторы. Именно поэтому, инвестиции в проводные Ethernet сети выше, чем в беспроводные.
Порты
Мобильность
Самое важное, пожалуй. С Ethernet вы жестко завязаны на одном месте (особенно это характерно в офисе, где у вас скоммутирована Ethernet розетка). Дома, если у вас “красивый” ремонт, кабели спрятаны под плинтус. Поэтому, мобильностью и гибкостью здесь и не пахнет.
С Wi-Fi можно легко подключать ноутбуки, планшенты и мобильные телефоны. Представьте забавный кейс: по пути в туалетную комнату, вы берете с собой ноутбук с кабелем, вместо мобильного телефона, в котором привычно листаете любимую ленту. Пожалуй, это тот самый случай, когда лучше почитать надписи на освежителе воздуха.
Итоги
Онлайн курс по Кибербезопасности
Изучи хакерский майндсет и научись защищать свою инфраструктуру! Самые важные и актуальные знания, которые помогут не только войти в ИБ, но и понять реальное положение дел в индустрии
Ethernet
Ethernet — пакетная технология передачи данных. Разработана преимущественно для локальных компьютерных сетей.
Стандартами Ethernet определяются проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, а на канальном уровне модели OSI определяются формат кадров и протоколами управления доступом. В основном, Ethernet описывают стандарты IEEE группы 802.3.
Это самая распространенная технология ЛВС, особенно в середине 90-х годов прошлого века. Своим появлением Ethernet вытеснила такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.
История
Корпорация Xerox PARC разработала Ethernet одновременно со многими другими своими первыми проектами. Общепринято, что технология Ethernet была изобретена 22 мая 1973 года Робертом Меткалфом (Robert Metcalfe). Он составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet, что и стало свидетельством ее создания. Однако, законное право на технологию разработчик получил, лишь спустя несколько лет.
В 1976 году Меткалф вместе со своим ассистентом Дэвидом Боггсом (David Boggs) выпустили брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks». Меткалф покинул Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com, которая занималась продвижением компьютеров и локальных вычислительных сетей (ЛВС). Он убедил руководство компаний DEC, Intel и Xerox работать совместно с целью разработки стандарта Ethernet (DIX).
Впервые стандарт Ethernet был опубликован 30 сентября 1980 года. По выходу на рынок он вступил в соперничество с двумя крупными запатентованными технологиями: token ring и ARCNET. Они в скором времени были раздавлены под потоками хлынувшей на рынок продукции Ethernet. Так, 3Com стала основной компанией в своей отрасли.
Технология
Стандарт первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) говорит о том, что в качестве передающей среды в нем используется коаксиальный кабель. Впоследствии стали использовать витую пару и оптический кабель.
Каковы преимущества использования витой пары перед использованием коаксиального кабеля?
В качестве веской причины перехода на оптический кабель стала необходимость в увеличении длины сегмента без повторителей. Управление доступом в случае с сетью на коаксиальном кабеле представляет собой множественный доступ с обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных достигает 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт.
Полудуплексный режим работы (узел не может передавать и принимать информацию одновременно) сопряжен с ограничением по количеству узлов в одном сегменте сети. Оно ограничено предельным значением (1024 рабочих станции). На физическом уровне можно устанавливать более жесткие ограничения, к примеру, к сегменту тонкого коаксиала можно подключить не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100. Впрочем, сеть, которая построена на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов. Это происходит из-за полудуплексного режима работы.
В 1995 году был принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet, его скорость составляла 100 Мбит/с, появилась возможность работы в режиме полный дуплекс.
Формат кадра
Существует несколько форматов Ethernet-кадра:
Как дополнение Ethernet-кадра он может содержать тег IEEE 802.1Q для идентификации VLAN, к которой он адресован, и IEEE 802.1p для указания приоритетности. Разные типы кадра обладают разным форматом и значением MTU.
MAC-адреса
В ходе разработки стандарта Ethernet предусматривалось, что каждая сетевая карта должна обладать уникальным 6-байтным номером (MAC-адресом), зашитым в нее во время изготовления. Данный номер применяется в целях идентификации отправителя и получателя кадра. Предполагается, что при появлении в сети нового компьютера, сетевому администратору не придется вновь настраивать MAC-адрес.
Как достигается уникальность MAC-адресов? Каждый производитель получает в координирующем комитете (IEEE Registration Authority) специальный диапазон, состоящий из шестнадцати миллионов (2^24) адресов, по мере истечения которых, запрашивает новый диапазон. Так, по трем старшим байтам MAC-адреса можно определить производителя. Кроме того, существуют специальные таблицы, которые позволяют определить производителя по MAC-адресу.
Все без исключения современные сетевые платы позволяют программным образом изменить MAC-адрес, но если плата будет, к примеру, обесточена, то при сбросе данных, восстановится исходный MAC-адрес.
Разновидности Ethernet
Скорость передачи данных и передающая среда определяют несколько видов технологии Ethernet. Вне зависимости от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково почти во всех вариантах.
Большая часть Ethernet-карт имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных (применяется автоопределение скорости и дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами). Если автоопределение не работает, скорость подстраивается под партнера, активируется режим полудуплексной передачи. К примеру, присутствие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 имеет поддержку стандартов 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T.
Ранние версии Ethernet
Схема, при которой к одному кабелю витой пары подключается более двух устройств, работающих в симплексном режиме, никогда не применялась в Ethernet, однако, в теории это вполне возможно реализовать. Но такой принцип применялся в работе с коаксиальным кабелем. Вот почему все сети на витой паре применяют топологию «звезда», тогда как сети на коаксиальном кабеле построены на топологии «шина». Терминаторы для работы по витой паре встроены в каждое устройство, поэтому применять дополнительные внешние терминаторы в линии нет необходимости.
Fast Ethernet (100 Мбит/с)
Gigabit Ethernet (1 Гбит/с)
Ethernet 10G (10 Гбит/с)
Новый 10 Гбит-ный стандарт Ethernet состоит из семи стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. Сегодня он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.
Компания Harting объявила о выходе первого в мире 10-гигабитного соединителя RJ-45, который не требует инструментов для установки. Модель получила название HARTING RJ Industrial 10G.
Ethernet: 40 Гбит/с и 100 Гбит/с
По наблюдениям Группы 802.3ba, требования к пропускной полосе для приложений сетевого ядра и прочих вычислительных функций растут с разными скоростями. Это, в свою очередь, определяет необходимость двух соответствующих стандартов для следующих поколений Ethernet: 40GbE и 100GbE.
Сети Ethernet
История Ethernet
Ethernet 10Base5
В трансивере находится активный приемо-передатчик с детектором коллизий и высоковольтным (1-5 кВ) разделительным трансформатором, питание обеспечивается от AUI-порта адаптера.
Основные преимущества 10Base5: большая длина сегмента, хорошая помехозащищенность кабеля и высокое напряжение изоляции трансивера. Благодаря этим качествам «толстый» Ethernet чаще всего применялся для прокладки базовых сегментов (Backbone). Сейчас этот стандарт практически полностью вытеснен более дешевыми и производительными реализациями Ethernet.
10Base2
Правила построения сетей, использующих физическую топологию «общая шина».
10Base-T
10Base-F
В стандарте 10Base-FL, предназначенном для соединения станций с концентратором, длина сегмента оптоволокна до 2 км при общей длине сети не более 2,5 км. Максимальное число повторителей также 4. Ограничения длин кабелей даны для многомодового кабеля. Применение одномодового кабеля позволяет прокладывать сегменты длиной до 20 км (!).
Стандарты 10Base-FL и 10Base-FB не совместимы между собой. Дешевизна оборудования 10Base-FL позволила ему обогнать по распространенности волоконно-оптические сети других стандартов.
Правила построения сетей, использующих физическую топологию «звезда»
Экзотика
Спецификации Gigabit Ethernet:
1000Base-SX: трансиверы на коротковолновом лазере и многомодовый оптический кабель. Ограничения длины сегмента 300 м для кабеля с диаметром оптического проводника 62.5 мкм и 550 м для кабеля с диаметром проводника 50 мкм.
1) Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, требования к среде передачи, физические соединители и другие аналогичные характеристики.
2) Канальный уровень (Data Link) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации, топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации. Обычно этот уровень разбивается на два подуровня: LLC (Logical Link Control) в верхней половине, осуществляющего проверку на ошибки, и MAC (Media Access Control) в нижней половине, отвечающего за физическую адресацию и прием/передачу пакетов на физическом уровне.
3) Сетевой уровень обеспечивает соединение и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным «подсетям», которые могут находиться в разных географических пунктах. Сетевой уровень отвечает за выбор оптимального маршрута между станциями, которые в могут быть разделены множеством соединенных между собой подсетей.
5) Сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними. В дополнение к управлением сеансами этот уровень предоставляет средства для отправки информации, класса услуг и уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового и более высоких уровней.
6) Уровень представления отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации. При необходимости трансформации подвергаются не только фактические данные, но и структуры данных, используемые программами. Типичным примером является преобразование окончаний строк UNIX (CR) в MS-DOS формат (CRLF).
7) Прикладной уровень отвечает за выполнение пользовательских задач. Он идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации, а также определяет, достаточно ли ресурсов для предполагаемой связи.
Детские болезни Ethernet и борьба с ними
Сегментация сети
Основной способ борьбы с перегрузкой сегментов во времена преобладания сетей стандарта 10Base2. Весь сегмент разбивался на части. При этом вопрос передачи информации между сегментами при необходимости решался с помощью маршрутизации. Аппаратные средства особой популярностью не пользовались. Обычно сервер с несколькими сетевыми адаптерами устанавливался приблизительно в центре сети и на нем настраивался программный маршрутизатор. Таким образом, кроме изоляции коллизий в отдельных сегментах, можно было увеличить общий размер сети до 185 + 185 = 370 м.
Поскольку ограничения диаметра сети в классической технологии Ethernet связаны с необходимостью своевременного обнаружения коллизий, применение коммутаторов позволяет преодолеть эти ограничения, разбивая сеть на несколько доменов коллизий.
Во многих коммутаторах применяется адаптивная технология: режимы буферизации и передачи «на лету» применяются в зависимости от величины нагрузки сети.
Долгое время стандарт на ВЛС отсутствовал, вместе с тем существовало множество несовместимых друг с другом фирменных реализаций. Сейчас принят стандарт на ВЛС IEEE 802.1Q.
Для построения ВЛС до принятия стандарта IEEE 802.1Q обычно применялась группировка портов, либо группировка MAC-адресов. Решения на основе группировки портов проще в применении, но в случае соединения нескольких коммутаторов каждая ВЛС требует отдельного соединения между ними, что приводит к расточительному использованию портов и кабелей. Группировка на основе MAC адресов рациональнее использует порты и соединения, но трудоемка при эксплуатации. В качестве достоинства этих способов можно отметить использования стандартных кадров Ethernet. Стандарт IEEE 802.1Q предусматривает изменение структуры кадра Ethernet с введением в него дополнительных полей, в которые помещаются сведения о принадлежности узла к определенной ВЛС. Кроме того, добавляются поля, где храниться информация о приоритете кадра, используемая в стандарте IEEE 802.1p.
Для передачи информации между разными ВЛС необходимо привлечение сетевого уровня. Соответствующие средства могут представлять собой либо отдельный маршрутизатор, либо входить в состав аппаратно-программного обеспечения коммутатора. Коммутаторы, имеющие средства для работы на уровне сетевых протоколов, называются «маршрутизирующими коммутаторами», «коммутаторами третьего уровня». Для управления потоками информации в них применяется либо последовательная, либо потоковая маршрутизация пакетов. В первом случае реализуются классические функции маршрутизатора, и каждый пакет обрабатывается отдельно. Во втором случае используется нестандартный метод, применяемый для сокращения числа операций для определения маршрута пакетов. Первый пакет обрабатывается на третьем уровне и определяет порт назначения для остальных пакетов для того же адресата. Дальнейшая пересылка пакетов происходит на втором уровне, что ускоряет процесс передачи по сравнению с классической маршрутизацией. Для упрощения реализации в коммутаторах третьего уровня применяется маршрутизация только протоколов IP и IPX, как наиболее распространенных в локальных сетях.
Приоритезация трафика
Положение изменилось с принятием стандарта IEEE 802.1p: появилась возможность определения восьми уровней приоритета кадра на основе использовании новых полей, определенных в стандарте IEEE 802.1Q. Таким образом, управление приоритетами организуется более гибко, без привязки к определенным портам.
Кроме приоритезации трафика, чувствительного к задержкам времени, существует необходимость повышения приоритета портов коммутатора по отношению к портам конечных станций для предотвращения потери пакетов. Для этого производители используют нестандартные параметры доступа к среде для портов коммутатора. «Агрессивное поведение» порта при захвате среды проявляется после окончания передачи очередного пакета или после обнаружения коллизии. В первом случае после окончания передачи коммутатор выдерживает паузу меньше положенной по стандарту и начинает передачу нового пакета. Станция, выдержав положенную паузу, при попытке передачи обнаруживает, что среда уже занята. Во втором случае после обнаружения коллизии порт коммутатора также делает паузу меньшую стандартной, захватывает среду и станции также не удается начать передачу. Коммутатор адаптивно изменяет степень агрессивности по мере необходимости.
Еще один прием, применяемый в коммутаторах, основан на передаче станции фиктивных пакетов станции в то время, когда в буфере коммутатора нет пакетов для передачи на порт станции. При этом среда передачи равновероятно захватывается попеременно портом коммутатора и станцией, и интенсивность передачи пакетов в коммутатор снижается в среднем вдвое. Такой метод называется методом обратного давления (backpressure). Он комбинируется с методом агрессивного захвата среды для большего подавления активности конечных станций.
