Додаток до дипломної роботи “Дослідження роботи комутаторів та маршрутизаторів. Лабораторний практикум.” Лабораторна робота №1 Мережі типу Ethernet Мета роботи: Дослідити принципи побудови та функціонування мереж типу Ethernet. Теоретична частина Загальні відомості. Ethernet був започаткований у 1970 році (Dr. Robert M. Metcalfe) в дослідницькому центрі фірми Xerox. Перша система Ethernet працювала із швидкістю 3 Мб/с і була відома під назвою “експериментальний Ethernet”. Формальна специфікація для Ethernet була опублікована в 1980 році консорціумом DIX, утвореним фірмами DEC, Intel і Xerox; ця система вже працювала із швидкістю 10 Мб/с. На початку 80-х років DIX запропонував IEEE стандарт Ethernet, який став моделлю сьогоднішнього стандарту IEEE 802.3. Після 1985 року до нього були уведені специфікації нових середовищ для 10 Мб/с Ethernet, наприклад, скручені пари провідників, а останньо - специфікації для 100 Мб/с Fast Ethernet. На сьогодні стандарт IEEE 802.3 описує всі мережі, базовані на Ethernet, із швидкостями 10, 100 і 1000 Мб/с. Це означає, що вони придатні до простого з'єднання одна з одною, бо належать до однієї спільноти. Для сполучення двох різних мереж Ethernet 10 Мб/с між ними достатньо ввімкнути повторювач з відповідними інтерфейсами; те ж саме справедливе для двох мереж 100 Мб/с із різними стандартами. Однак для з'єднання мереж 10 Мб/с і 100Мб/с потрібний міст. Відмінності між різними стандартами для 10 Мб/с зосереджені на Рівні 1 еталонної моделі OSI, тоді як різниці між мережами 10 Мб/с і 100 Мб/с локалізовані на підрівні MAC Рівня 2 цієї моделі. Протокол доступу до середовища CSMA/CD і формат рамки Ethernet ідентичні для всіх варіантів середовищ (кабельних систем) Ethernet, однак варіанти мереж Ethernet для швидкостей передавання 10 Мб/с і 100 Мб/с застосовують відмінні кабельні системи, різні компоненти і мають різні правила конфігурування. Оригінальний Ethernet працює із швидкістю 10 Мб/с і використовує чотири основні типи середовищ, визначені стандартами і описані нижче. Згідно із стандартами IEEE згадані чотири типи середовищ позначаються відповідними ідентифікаторами. Стандартний ідентифікатор складається із трьох частин. Перша частина містить число “10”, яке вказує, що швидкість передавання даних становить 10 Мб/с. Друга частина - слово “Base” - означає “основна смуга частот” (baseband), тобто вказує вид сигналів (немодульовані) , які передаються через середовище. Третя частина позначає тип сегменту мережі або його довжину (заокруглене значення). Для товстого коаксіального кабеля (Thick Coax) цифра “5” означає максимальну можливу довжину окремого сегменту мережі, яка становить 500 м, для тонкого коаксіалу (Thin Coax) цифра “2” означає максимальну довжину окремого сегменту 185 м, заокруглену до сотень метрів (тобто до 200 м). Літери “T” або “F” відповідно позначають тип кабеля “скручена пара” (Twisted pair - T) або “оптоволоконний” (Fiber optic - F). У порівнянні з специфікаціями Ethernet 10 Мб/с, система Ethernet 100 Мб/с (Fast Ethernet - швидкий Езернет) має у десять разів коротшу тривалість бітів, тобто 10-кратно менші витрати часу на передавання бітів через канали Ethernet або швидкість передавання, більшу у 10 разів. Однак формат рамок, кількість даних в рамці та управління доступом до середовища залишені без змін. Специфікації Fast Ethernet включають механізм автоузгодження (Auto-Negotiation) щодо швидкості передавання даних в середовищах. Це дає виробникам можливість забезпечити двошвидкісний інтерфейс, який дозволяє автоматично використовувати будь-яку з вказаних систем - із швидкістю 10 Мб/с або 100 Мб/с. Ідентифікатори середовищ згідно із стандартом IEEE складаються із трьох частин. Цифра “100” означає швидкість передавання даних, рівну 100 Мб/с. Слово “Base” означає застосування основної смуги частот сигналу. Третя частина визначає вид середовища: “Т4” - кабель типу “скручена пара” телефонної якості (категорія 3), “TX” - кабель типу “скручена пара” для передавання даних (категорія 5), “FX” - оптоволоконний кабель із використанням двох оптичних волокон для передавання даних. Середовища TX і FX разом позначають як 100Base-X. Характеристики мереж Ethernet представлені у звідних таблицях 1.1 та 1.2. Детальніші відомості про принципи побудови і функціонування мереж – при запуску програми-практикуму. Елементи системи Ethernet. Систему Ethernet складають три основні елементи: фізичне середовище, яке застосоване для переносу сигналів Ethernet між комп’ютерами; рамка (пакет) Ethernet, яка складається із стандартизованої системи бітів, використаної для переносу даних через систему; правила доступу до середовища, вбудовані в кожний інтерфейс Ethernet, що дозволяє багатьом комп’ютерам коректно здобувати доступ до спільних каналів Ethernet. Локальні мережі Ethernet використовують широкомовну мережеву топологію, тобто сигнал, який передається довільною станцією, досягає до всіх інших станцій в мережі. Щоб вислати дані, станція спочатку прослухує канал, і коли канал простоює, станція висилає свої дані, упаковані у вигляді рамки або пакету Ethernet. Після передавання кожної рамки, всі станції в мережі мусять змагатися за нагоду передати наступну рамку. Цим досягається коректність доступу до мережевого зв'язкового каналу, так що жодна станція не може блокувати інші станції. Доступ до спільного каналу визначений механізмом управління доступом до середовища (Medium Access Control - MAC), вбудованим в інтерфейс Ethernet, розміщений у кожній станції. Механізм управління доступом до середовища оснований на системі, яка називається множинний доступ з розпізнаванням носія і виявленням колізій (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - CSMA/CD). Кожна станція в мережі має унікальну адресу і повідомлення може бути адресоване таким чином: Адресація конкретній станції: повідомлення адресується тільки одній станції в мережі. Багатоадресна адресація: повідомлення адресується групі станцій через пов'язання їх унікальних адрес з логічним ім’ям (наприклад, файлові сервери, прінт-сервери). Широкомовна адресація: повідомлення адресується всім станціям. Адреси і рамки Ethernet. Основою системи Ethernet є пакет або рамка Ethernet, яка застосовується для передавання даних між комп’ютерами. Рамка складається із системи бітів, організованих в окремі поля. Загальний вигляд типової рамки Ethernet показаний на рис. 1.1. Таблиця 1.1. Загальний огляд мереж Ethernet зі швидкістю 10 Мбіт/с 10Base-5 10Base-2 10Base-Т 10Base-F
Специфікація IEEE 802.3e 802.3 802.3 802.3j
Максимальна швидкість 10 Мб/с 10 Мб/с 10 Мб/с 10 Мб/с
Перші два поля в рамці переносять 48-бітові (8-октетні) адреси, які називають адресою призначення та адресою джерела. IEEE керує призначенням цих адрес шляхом адміністрування порцією адресного поля. Ця 48-бітова адреса відома як фізична адреса, адреса обладнання або MAC-адреса. Границі байтів (октетів) ( 1 2 3 4 5 6 7 8
Преамбула/початковий обмежувач рамки (8)
Адреса призначення (6)
(
Адреса джерела (6)
Поле рамки 14
Тип рамки (2)
(
Дані
(
(46...1500) . . .
Поле даних 46...1500
Доповнення(якщо потрібно)
(
Контрольна послідовність (4)
Поле рамки 4
Повна довжина рамки 64...1518 байт
Рис. 1. 1. Рамка в стандарті Ethernet II. Протокол CSMA/CD. Протоколи, в яких станції прослухують носій (тобто розпізнають наявність передавання) і діють відповідно до його присутності або відсутності, називають протоколами з розпізнаванням носія. Це означає, що принципово можна розрізнити сигнали для логічних "1", "0" і відсутність сигналів у каналі зв'язку. В термінології Ethernet, будь-який інтерфейс мусить очікувати до моменту, коли в каналі немає сигналу, і тільки тоді починати передавання. Якщо в цей час передає інший інтерфейс, то в каналі буде наявний сигнал, який називають носієм. Всі інші інтерфейси мусять чекати, доки наявність носія припиниться, перш ніж пробувати перед
